[發(fā)明專利]一種綜合優(yōu)化諧波穩(wěn)定性和阻尼損耗的LCL濾波器設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910118977.6
• 申請日: 2019-02-18
• 公開（公告）號: CN109861226B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邵振國;王浩;張嫣;張逸;黃新東
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

1.一種綜合優(yōu)化諧波穩(wěn)定性和阻尼損耗的LCL濾波器設(shè)計方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟S1：建立逆變器經(jīng)LCL型濾波器并網(wǎng)的頻域模型；

步驟S2：建立以降低阻尼損耗為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)；

步驟S3：用改進貓群算法對濾波器參數(shù)進行尋優(yōu)，得到考慮并網(wǎng)點諧波穩(wěn)定的以阻尼損耗為優(yōu)化目標(biāo)的一組最優(yōu)參數(shù)；

六個開關(guān)管構(gòu)成三相逆變器的三個橋臂，U_dc為直流電源，C_dc為直流側(cè)儲能電容；L₁、L₂以及C構(gòu)成LCL型濾波器，R為阻尼電阻；i_g為并網(wǎng)電流；U_PCC為公共聯(lián)接點電壓；

對LCL型濾波器列三階微分方程，并對其進行Park變換，如式：

其中u₁、u₂、i₁、i₂分別為逆變器端電壓、電網(wǎng)端電壓、逆變器輸出電流、并網(wǎng)電流；U₁、U₂、I₁、I₂分別為u₁、u₂、i₁、i₂的頻域表達形式；其中，G(s)＝K_p+K_i/s為采用PI控制的傳遞函數(shù)，K_p為比例系數(shù)，K_i為積分系數(shù)；K_PWM為逆變器等效增益，其值大小表征的是直流電壓和三角載波的數(shù)值比值；根據(jù)框圖得到包含控制系統(tǒng)以及濾波器在內(nèi)的濾波器在內(nèi)的輸出阻抗模型，輸出阻抗模型表示為：

將并網(wǎng)逆變器等效為一個受控源I₀并聯(lián)一個阻抗Z₀的模型，電網(wǎng)系統(tǒng)則等效為戴維南模型，其中U_g為電網(wǎng)電壓，Z_g為電網(wǎng)等效阻抗；由疊加定理求得，并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流表示成：

逆變器和電網(wǎng)都穩(wěn)定的情況下，并網(wǎng)輸出電流取決于右邊一項，該表達式類似于一個擁有負(fù)反饋且前向增益為1的閉環(huán)傳遞函數(shù)，反饋增益為Z_g/Z₀；通過電網(wǎng)阻抗和逆變器阻抗的比值的奈奎斯特曲線判定并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

目標(biāo)函數(shù)的建立具體為：LCL濾波器的阻尼損耗如下式所示：

其中，X為控制變量組，X＝[L₁,L₂,R,C,K_p,K_i]，L₁為濾波器逆變器側(cè)電感；L₂為濾波器電網(wǎng)側(cè)電感；R為阻尼參數(shù)；C為濾波器電容；K_p,K_i分別為逆變器控制環(huán)節(jié)的比例系數(shù)和積分系數(shù)；其中I_h為流過濾波電容的h次諧波電流；流過濾波電容的電由三部分組成：基波電流、諧振電流以及和開關(guān)頻率有關(guān)的諧波電流；式中的I_h當(dāng)成流過濾波電容的開關(guān)頻率次的諧波電流，由此得到考慮弱電網(wǎng)下并網(wǎng)系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性的以降低阻尼損耗為目標(biāo)的LCL型濾波器的參數(shù)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，如下式，I_hs為開關(guān)頻率次諧波電流；

其中，為U_hs諧波電壓有效值；k為電網(wǎng)側(cè)電感和逆變器側(cè)的電感之比；L_t為濾波器電感之和，ω_hs為開關(guān)角頻率；

步驟S3中，所述改進貓群算法中，優(yōu)化后的貓群算法公式為：

x_i(n+1)＝x_i(n)+v_i(n+1)＝x_i(n)+v_i(n)+c_x(n)×rand×(x_gbest(n)-x_i(n))

c_x(n)＝a+x(n)

x(n)＝u×x(n-1)×[1-x(n-1)]

式中，c_x(n)為貓群位置變量；[a b]為貓群的遍歷范圍；u為混沌控制參數(shù)；

其中，第i只貓在D維空間的位置和速度表示為：

步驟S3具體包括以下步驟：

步驟S31：錄入原始數(shù)據(jù)，包括逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)以及算法參數(shù)；

步驟S32：初始化符合約束條件的貓群位置，處于[a b]區(qū)間，設(shè)置貓群優(yōu)化算法的群體大小為N，分組率為MR；

步驟S33：根據(jù)貓群的初始位置，計算貓群體適應(yīng)度值，選取并記錄在種群中適應(yīng)度最大的貓；

步驟S34：根據(jù)分組率MR隨機將貓分組，令MR＝跟蹤模式下的貓的數(shù)量/總貓數(shù)；判斷貓是否屬于搜尋模式，若是，則進入步驟S35，否則，進入步驟S36；

步驟S35：進行優(yōu)化后的搜尋模式，復(fù)制貓個體，將復(fù)制好的個體存入記憶池中，進入步驟S37；

步驟S36：進行優(yōu)化后的跟蹤模式，整個貓群所經(jīng)歷的最佳位置是目前搜索的最佳解決方案，貓群體及時更新其移動速度，從而更新其位置；

步驟S37：計算更新后的貓群適應(yīng)值并且記錄下適應(yīng)度值最大的貓的位置；

步驟S38：判斷約束條件是否滿足，如果滿足則輸出最優(yōu)解，并結(jié)束算法；否則，利用混沌的控制策略對算法進行更新，重復(fù)步驟S34-步驟S37直至滿足最優(yōu)解輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綜合優(yōu)化諧波穩(wěn)定性和阻尼損耗的LCL濾波器設(shè)計方法，其特征在于：其中約束條件包括：并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性對LCL逆變器參數(shù)設(shè)計的約束、并網(wǎng)公共點諧波穩(wěn)定性約束、濾波電容發(fā)出無功上限約束、電流紋波要求約束。