光伏發(fā)電系統(tǒng)控制參數(shù)全局優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光伏發(fā)電系統(tǒng)控制參數(shù)全局優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，其對傳統(tǒng)電網(wǎng)的影響從簡單的局部電壓波動(dòng)、諧 波污染、輸出功率不穩(wěn)定等小范圍影響擴(kuò)大到對電力系統(tǒng)全局安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)調(diào)度以及調(diào) 峰調(diào)頻等方面。目前，現(xiàn)有的研宄主要集中在單個(gè)組件的模型建立和控制策略設(shè)計(jì)，在光伏 發(fā)電與電力系統(tǒng)交互影響方面的研宄還相對較少。因此，對大規(guī)模光伏接入電力系統(tǒng)的穩(wěn) 定性研宄具有重要意義。
[0003] 目前，針對大規(guī)模光伏接入電力系統(tǒng)穩(wěn)定性影響方面的研宄較少，主要集中在單 一組件的模型建立與控制策略的設(shè)計(jì)，并沒有建立完整的大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電力系 統(tǒng)的全系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。傳統(tǒng)方法建立的光伏單機(jī)無窮大系統(tǒng)小信號模型，利用特征值、特征 值靈敏度分析的方法計(jì)算光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界，根據(jù)特征值軌跡圖對其對應(yīng)的控制器 參數(shù)進(jìn)行選擇，通過主觀反復(fù)試驗(yàn)、比較得到最優(yōu)值，其對于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要的意 義。但是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法未考慮各個(gè)控制器參數(shù)之間的耦合關(guān)系，僅根據(jù)控制參數(shù)變化對系 統(tǒng)特征值軌跡的影響設(shè)計(jì)參數(shù)，難以獲得全局最優(yōu)參數(shù)且具有較大的隨機(jī)性和盲目性，無 法針對系統(tǒng)參數(shù)耦合的特征給出全局范圍內(nèi)的最優(yōu)參數(shù)組合的問題。同時(shí)，由于該方法在 參數(shù)選擇過程中主要依靠認(rèn)為主管判斷，缺乏科學(xué)合理的量化標(biāo)準(zhǔn)。
[0004] 因此，目前所建立的光伏發(fā)電系統(tǒng)小信號模型，不能研宄光伏發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn) 定性和低頻震蕩特征，也不能給出提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制器參數(shù)全局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種光伏發(fā)電系統(tǒng)控制參數(shù)全局優(yōu)化方法，以解決傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)控 制參數(shù)設(shè)計(jì)具有隨機(jī)性，缺乏科學(xué)合理的量化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，無法針對系統(tǒng)參數(shù)耦合的特征給 出全局范圍內(nèi)的最優(yōu)參數(shù)組合的問題。本發(fā)明在傳統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過引入量化模 型作為參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)來反映不同參數(shù)組合的綜合效益。同時(shí)，在控制參數(shù)全局優(yōu)化 中引入慣性權(quán)重粒子群優(yōu)化算法，粒子群優(yōu)化算法具有搜索速度快、效率高，算法簡單，易 于工程實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，而慣性權(quán)重粒子群優(yōu)化算法具有均衡全局和局部搜索能力，避免了傳 統(tǒng)粒子群算法陷入局部最優(yōu)，利用該方法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化能夠?qū)崿F(xiàn)控制參數(shù)的全局最優(yōu)，提 高光伏電站發(fā)電系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性。
[0006] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是，一種光伏發(fā)電系統(tǒng)控制參數(shù)全局 優(yōu)化方法，其作法是：
[0007] 步驟A:充分考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)中的各個(gè)重要環(huán)節(jié)的詳細(xì)模型，建立光伏電站發(fā) 電系統(tǒng)的全系統(tǒng)小信號模型。具體做法為：
[0008] A1、利用多項(xiàng)式擬合的方法根據(jù)光伏電池工程實(shí)用模型建立光伏電池的線性擬合 模型。
[0009] A2、建立光伏電站用逆變器在d-q軸坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型以及采用前饋解耦控制策 略的逆變器控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。
[0010] A3、建立直流側(cè)電容數(shù)學(xué)模型以及光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接模型。
[0011] A4、將根據(jù)A1?A3所構(gòu)成的描述光伏發(fā)電系統(tǒng)的微分-代數(shù)方程組在穩(wěn)態(tài)值附 近進(jìn)行線性化，得到用于分析光伏電站發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的全系統(tǒng)小信號模型。
[0012] 步驟B:求取光伏發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)矩陣特征值及參與因子，分析控制參數(shù)對系統(tǒng)小 干擾穩(wěn)定性影響，確定控制參數(shù)的合理變化范圍。
[0013] B1、根據(jù)步驟A得到的全系統(tǒng)狀態(tài)矩陣計(jì)算特征值和阻尼比，判斷發(fā)電系統(tǒng)模態(tài)， 分析光伏電站發(fā)電系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性。
[0014] B2、計(jì)算系統(tǒng)各個(gè)模態(tài)的參與因子以分析系統(tǒng)各狀態(tài)變量與模態(tài)之間的關(guān)系，揭 示振蕩機(jī)理。
[0015] B3、繪制當(dāng)KpdPPn(i= 1?3)分別變化時(shí)系統(tǒng)的特征值軌跡，判斷特征值的變 化規(guī)律和系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下控制參數(shù)的變化范圍。
[0016] 步驟C:利用慣性權(quán)重粒子群優(yōu)化算法對光伏發(fā)電系統(tǒng)控制參數(shù)進(jìn)行全局優(yōu)化。
[0017] C1、確定系統(tǒng)控制參數(shù)的全局優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。
[0018] C2、初始化種群。設(shè)定學(xué)習(xí)因子(^、c2，最大進(jìn)化代數(shù)1(_，初始慣性權(quán)值《ini，最 大迭代次數(shù)時(shí)的慣性權(quán)值《fin，在搜索空間隨機(jī)產(chǎn)生粒子Xl，x2，…，，隨機(jī)產(chǎn)生粒子速度vi，A，…，vm，記錄歷史最優(yōu)位置Pbesh與歷史最優(yōu)值fb6St. 全局最優(yōu)位置gbesti與全局 最優(yōu)值 fgbest。
[0019] C3、更新粒子速度和位置。
[0020] C4、計(jì)算種群中各個(gè)粒子的適應(yīng)值f(Xi)。
[0021] C5、比較粒子當(dāng)前的適應(yīng)值和自身歷史最優(yōu)值，更新歷史最優(yōu)位置口-^^與歷史 最優(yōu)值fb6St.i。
[0022] C6、比較粒子當(dāng)前的適應(yīng)值和種群最優(yōu)值，更新全局最優(yōu)位置gbesti與全局最優(yōu) 值fgbest。
[0023] C7、檢查迭代次數(shù)是否達(dá)到K_，達(dá)到則計(jì)算結(jié)束，當(dāng)前粒子位置為系統(tǒng)控制參數(shù) 全局最優(yōu)值，否則k=k+1，返回步驟C3。
[0024] 本申請實(shí)施例中提供的技術(shù)方案，具有如下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：
[0025] 本發(fā)明是一種光伏發(fā)電系統(tǒng)控制參數(shù)全局優(yōu)化方法，將所建立的光伏電站發(fā)電系 統(tǒng)的微分-代數(shù)方程組在穩(wěn)態(tài)值處線性化得到用于分析系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的狀態(tài)矩陣；通 過計(jì)算狀態(tài)矩陣特征值、阻尼比以及參與因子，分析控制參數(shù)對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性影響，進(jìn) 而確定控制參數(shù)的合理變化范圍；引入量化模型作為參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)并利用慣性權(quán)重 粒子群優(yōu)化算法對光伏電站發(fā)電系統(tǒng)控制參數(shù)進(jìn)行全局優(yōu)化。本發(fā)明提出的方法針對系統(tǒng) 小干擾穩(wěn)定性建立了科學(xué)合理的量化標(biāo)準(zhǔn)，且解決了系統(tǒng)控制參數(shù)相互耦合難以單一優(yōu)化 的問題，該方法搜索速度快、效率高，算法簡單，易于工程實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)方法相比，利用本發(fā) 明所提方法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化能夠?qū)崿F(xiàn)控制參數(shù)的全局最優(yōu)，提高光伏電站發(fā)電系統(tǒng)的小干擾 穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本申請實(shí)施例中光伏電站發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0027] 圖2是本申請實(shí)施例中三相SPWM光伏逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0028] 圖3是本申請實(shí)施例中光伏逆變器控制系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 本發(fā)明提供了一種光伏發(fā)電系統(tǒng)控制參數(shù)全局優(yōu)化方法，解決了傳統(tǒng)光伏電站發(fā) 電系統(tǒng)控制參數(shù)設(shè)計(jì)具有隨機(jī)性，缺乏科學(xué)合理的量化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，無法針對系統(tǒng)參數(shù)耦合 的特征給出全局范圍內(nèi)的最優(yōu)參數(shù)組合的問題。本發(fā)明在傳統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過引 入量化模型作為參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)來反映不同參數(shù)組合的綜合效益。同時(shí)，在控制參數(shù) 全局優(yōu)化中引入慣性權(quán)重粒子群優(yōu)化算法，具有搜索速度快、效率高，算法簡單，易于工程 實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，且具有均衡全局和局部搜索能力，避免了傳統(tǒng)粒子群算法陷入局部最優(yōu)，利用 該方法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化能夠?qū)崿F(xiàn)控制參數(shù)的全