基于GA-SVM调制的物联网光伏发电能源控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于GA

【技术实现步骤摘要】
基于GA
‑
SVM调制的物联网光伏发电能源控制系统及控制方法


[0001]本专利技术属于物联网与智能电网输配电领域，涉及一种基于GA
‑
SVM调制的物联网光伏发电能源控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]智能电网作为全球能源互联网的基本单元，随着光伏、风能、生物质能和潮汐、燃料电池、地热等可再生能源大规模接入现有传统电网，配电系统具有高电抗比和不平衡负载曲线。在配电系统中引入各种交直流监控装置、电子电表电能计量，智能电网和物联网中使用的众多电压电流传感器、电子扼流圈，当非线性负载施加到系统时，电源电流会趋向于非正弦并带有显著的谐波含量损耗而损害电能质量。在三相不平衡系统中，谐波电流在导体中流动会导致效率低下，风能、潮汐、太阳能光伏(PV)的间歇性发电与逆变器等电力电子设备会导致公共耦合点(PCC)处的功率不平衡和电压分布失调，导致不平衡故障、电压骤降骤升及功率震荡，无法实现低压和高压穿越，这种垃圾电能危害和瘫痪智能电网、变流设备、变压设备与配电系统。2021年9月引发全国性大批拉闸限电，以保智能电网对清洁电能的正常发、输配电。除以上问题外，现有用于电能计量和用于监测并控制有功供给、有功消耗以及电网内外部电能交换的无功功率考核技术自身还存在以下问题和缺陷：
[0003]1、在三相平衡条件下，采用正序参考框架(PSRF)中运行的电流控制器，消除光伏发电的间隙性特性对智能电网公共耦合点(PCC)处电压分布的波动的影响，但在公共耦合点(PCC)处的电压骤降和骤升时无法保持所需电压，其次，它只能在系统中注入平衡电流，这可能会在不平衡期间，使功率开关电流激增导致温升、寿命减少、烧损，并导致逆变器的输出产生电能质量问题。
[0004]2、电压上升和不平衡普遍采用有功功率限电和无功功率补偿控制方法，采用有有功功能功率限电，是在光伏系统接入电网峰值负荷的15％的最大光伏容量，采用无功功率补偿控制，在光伏系统接入超过电网峰值负荷的15％的最大光伏容量，限制对应电压不超电压上限，这种固定实际限电限制对于改变系统运行条件是不可行的，限制了可再生能源大规模接入智能电网的应用范围和进一步发展。
[0005]3、现有光伏并网控制器通过最大功率点跟踪(MPPT)向系统提供有功功率，根据严格的标准和连接代码采用估计PCC处两个实例之间的最小相电压差，生成无功电流参考提供无功功率与补偿，无功电流参考在故障期间随着故障相一起增加健康相的电压，此外，滤波电容器的尺寸随着光伏容量的增加而增加，导致直流母线电压波动增大，现有技术未考虑滤波电容器在不平衡状态下产生的无功功率，在无功功率设定点的计算中产生误差，从而导致电网电压曲线波动问题。
[0006]4、现有光伏控制器没有考虑零序电流和电压，不平衡条件下采用只注入正序和负序电流，向电网注入平衡功率，其只能减轻而无法消除注入网络的有功功率和无功功率中的双基频振荡，同时导致多电平功率开关切换损耗大、时间长、转换效率低。
[0007]5、随着光伏发电可再生能源大规模接入现有智能电网，众多的控制器是孤立的，
信息为孤岛连接(在供给侧和需求侧信息不流动互通)，未体现其真实的价值，增加许多电流谐波的产生，增加电网的不稳定性，且电流、电压、功率检测传感器使用量大、成本高，对清洁电网污染大。发电量和电能质量管理与用户侧的费用调度、需求侧管理和非侵入性负载监控成为孤岛，信息没有实时流动、严重影响了供需平衡、财务和能源效率及能源供应和消费需求，可能导致公用事业公司的重大损失，因此，终端用户会产生高能耗账单。
[0008]6、现有DDSRF
‑
PLL+PI的锁相环在电网电压不平衡和混入多次谐波、计算耗时长，不能有效锁定智能电网基波电压、频率和幅值，现有光伏控制器普遍采用PI控制、PQ控制及下垂控制等，均采用计算耗时长的算法，无法提供最佳增益补偿，在限制条件下前馈和反馈提供补偿电流、无功功率及电压控制动作，以产生逆变器的开关脉冲，与实际的逆变器的开关脉冲随机发生不符，不能实现即时在线性控制，浪费了功耗和逆变效率。难以应对三相不平衡故障、谐波、间歇波和动态随机性冲击负载，严重影响变流的转换质量、转换效率以及计量、监控的质量、电网的安全运行。

技术实现思路

[0009]本专利技术实施例的目的在于提供一种基于GA
‑
SVM调制的物联网光伏发电能源控制系统及控制方法，以解决目前智能电网的公共耦合点处的功率不平衡、电压分布失调和震荡导致不平衡故障、电压骤降骤升及功率震荡的问题；现有智能电网众多电压电流传感器、电子扼流圈在非线性负载施加到系统时，电源电流会趋向于非正弦并带有显著的谐波含量损耗而损害电能问题，现有PI控制、PQ控制及下垂控制耗时长的问题；发电系统发电效率低、功耗大的问题；现有电表、物联网、智能电网孤岛联接的问题。
[0010]本专利技术实施例的另一目的在于，提供一种智能电网发用电计量监测控制器。
[0011]本专利技术实施例所采用的第一技术方案是：基于GA
‑
SVM调制的物联网光伏发电控制系统，包括：
[0012]第二电流调制模块，基于遗传算法，对直流电压V
dc
以及电网公共点三相电压V
pcc
进行调制，输出第二参考电流
[0013]电压转换模块，用于对第二参考电流进行转换得到电压V
a
、V
b
、V0；
[0014]SVM发波模块，用于根据输入的电压V
a
、V
b
、V0进行矢量发波；
[0015]驱动电路，用于根据SVM发波模块的信号，驱动光伏逆变器的每个开关模块，控制逆变器逆变。
[0016]进一步的，所述第二电流调制模块，包括：
[0017]双同步解耦坐标系锁相环，用于对输入的电网公共点处三相电压V
pcc
进行锁相并转换为其等效的同步dq参考系，输出正负序电压以及+ωt、
‑
ωt；
[0018]遗传算法模块，采用遗传算法搜索最佳决策变量k值，最佳决策变量k值对应表示一组参考电流值对于相应的电网公共点处的不平衡电压值和功率要求最佳；
[0019]参考功率生成模块，用于根据通过最大功率点跟踪得到的直流参考电压V
dc*
、直流电压V
dc
，得到参考功率P
*
；
[0020]参考电流生成模块，用于根据佳决策变量k值以及参考功率P
*
，对双同步解耦坐标系锁相环输出的正负序电压进行转换，得到正负序参考电流进行转换，得到正负序参考电流
[0021]第二dq0/αβ0变换模块，用于根据+ωt、
‑
ωt，对正负序参考电流ωt，对正负序参考电流的进行dq/αβ坐标转换，得到第二参考电流
[0022]进一步的，所述参考功率生成模块，包括：
[0023]第一比较器，用于对直流参考电压V
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于GA
‑
SVM调制的物联网光伏发电控制系统，其特征在于，包括：第二电流调制模块，基于遗传算法，对直流电压V
dc
以及电网公共点三相电压V
pcc
进行调制，输出第二参考电流电压转换模块，用于对第二参考电流进行转换得到电压V
a
、V
b
、V0；SVM发波模块，用于根据输入的电压V
a
、V
b
、V0进行矢量发波；驱动电路，用于根据SVM发波模块的信号，驱动光伏逆变器的每个开关模块，控制逆变器逆变。2.根据权利要求1所述的基于GA
‑
SVM调制的物联网光伏发电控制系统，其特征在于，所述第二电流调制模块，包括：双同步解耦坐标系锁相环，用于对输入的电网公共点处三相电压V
pcc
进行锁相并转换为其等效的同步dq参考系，输出正负序电压以及+ωt、
‑
ωt；遗传算法模块，采用遗传算法搜索最佳决策变量k值，最佳决策变量k值对应表示一组参考电流值对于相应的电网公共点处的不平衡电压值和功率要求最佳；参考功率生成模块，用于根据通过最大功率点跟踪得到的直流参考电压V
dc*
、直流电压V
dc
，得到参考功率P
*
；参考电流生成模块，用于根据佳决策变量k值以及参考功率P
*
，对双同步解耦坐标系锁相环输出的正负序电压进行转换，得到正负序参考电流进行转换，得到正负序参考电流第二dq0/αβ0变换模块，用于根据+ωt、
‑
ωt，对正负序参考电流ωt，对正负序参考电流的进行dq/αβ坐标转换，得到第二参考电流3.根据权利要求2所述的基于GA
‑
SVM调制的物联网光伏发电控制系统，其特征在于，所述参考功率生成模块，包括：第一比较器，用于对直流参考电压V
dc*
和直流电压V
dc
进行比较；第三PI控制器，用于对第一比较器的输出电压进行比例积分，其传递函数为第三PI控制器，用于对第一比较器的输出电压进行比例积分，其传递函数为第三PI控制器，用于对第一比较器的输出电压进行比例积分，其传递函数为是比例增益，K
iDC
是积分增益；第二比较器，用于对第三PI控制器的输出电压和直流电压V
dc
进行比较，输出两者中的最大值；理论功率计算模块，用于确定逆变器输出端有功功率纹波最大值，并将逆变器输出端有功功率纹波最大值对应的有功功率功率作为理论功率；第三比较器，对第二比较器输出的电压最大值产生的功率、理论功率以及直流功率P进行比较，比较结果作为参考功率P
*
。4.根据权利要求1所述的基于GA
‑
SVM调制的物联网光伏发电控制系统，其特征在于，所述电压转换模块，包括：abc/αβ变换模块，用于对输入的电网公共点处三相电流I
pcc
进行abc/αβ变换，输出正负
序实际电流第二参考电流分解模块，用于对第二参考电流进行正负序分解，得到正序参考电流和负序参考电流第一合成电流i
α
生成模块，用于将正序参考电流负序实际电流和负序参考电流叠加，生成第一合成电流i
α
；第二合成电流i
β
生成模块，用于将正序参考电流负序实际电流和负序参考电流叠加，生成第二合成电流i
β
；第四比较器，用于对第二参考电流与第一合成电流i
α
进行比较，输出最符合当前控制方式的电流值；当前控制方式指恒定有功功率控制，互补的恒定有功功率控制和平衡负序无功功率控制，平衡正序有功功率控制，互补的恒定无功功率控制和平衡正序有功功率控制，或恒定无功功率控制；第五比较器，用于对第二参考电流与第二合成电流i
β
进行比较，输出最符合当前控制方式的电流值；第一PR控制器，用于对第四比较器的输出电流进行比例谐振控制，输出电压V
a
、V0；第二PR控制器，用于对第五比较器的输出电流进行比例谐振控制，输出电压V
b
、V0；第一陷波滤波器，用于对第一PR控制器的输出电压进行滤波；第二陷波滤波器，用于对第二PR控制器的输出电压进行滤波。5.根据权利要求1～4任一项所述的基于GA
‑
SVM调制的物联网光伏发电控制系统，其特征在于，还包括：第一电流调制模块，用于对逆变器输出端的三相电流I
a
、I
b
、I
c
进行调制，输出第一参考电流I
α2
、I
β2
、I
03
；竞争控制模块，用于判断第一电流调制模块和第二电流调制模块的响应速度，然后进行相应切换使第一电流调制模块和第二电流调制模块中的响应速度最优者与SVM发波模块之间的连接线路接通，同时使第一电流调制模块和第二电流调制模块中的响应速度较慢者与SVM发波模块之间的连接线路关闭；如果第一电流调制模块和第二电流调制模块的响应速度相等时，进行相应切换使第一电流调制模块与SVM发波模块之间的连接线路接通，同时使第二电流调制模块与SVM发波模块之间的连接线路关闭；αβ0/abc变换模块，在第一电流调制模块为响应速度最优者时，用于对经竞争控制模块传输的第一参考电流I
α2
、I
β2
、I
03
进行变换，得到电压V
a
、V
b
、V0。6.根据权利要求5所述的基于GA
‑
SVM调制的物联网光伏发电控制系统，其特征在于，所述第一电流调制模块包括：电流反馈器，电流反馈器的输入为三相电流I
a
、I
b
、I
c
，用于消除传输线缆/光缆引起的误差；零阶保持器，零阶保持器的输入为电流反馈器的输出，用于将三相电流I
a
、I
b
、I
c
的每一相由脉冲型变换成连续的阶梯信号；正负序分解模块，用于对零阶保持器的输出电流每一相进行正负序分解，输出每一相
电流的正序分量和负序分量；第一可编程增益放大器PGA，输入为正负序分解模块输出的每一相电流的正序分量和负序分量，用于对输入进行增益补偿；比例增益块，比例增益块的输入为逆变器输出端的三相电流I
a
、I
b
、I
c
；可复位积分器，用于对比例增益块的输出电流进行积分；初相角计算模块，初相角计算模块的输入为可复位积分器的输出，输出为可复位积分器的输出电压的初相角θ；abc/αβ0变换模块，用于根据初相角计算模块输出的初相角θ，对第一可编程增益放大器PGA输出的三相电流进行abc/αβ0转换，输出直流电流I
α1
、I
β1
以及零序电流/中性电流I
01
；αβ0/dq0变换模块，用于对直流电流I
α1
、I
β1
、I
01
进行αβ0/dq0转换，输出有功电流I
d
、无功电流I
q
以及零序电流/中性电流I
02
；第一正弦交流扫描块，用于快速捕捉有功电流I
d
的幅值、相位、频率，第一正弦交流扫描块的正极一路与有功电流I
d
连接，另一路接入接地的交流扫描回路的负极，第一正弦交流扫描块的正极和输出端之间接有交流扫描回路探头，交流扫描回路探头用于扫描接地的交流扫描回路，保证第一正弦交流扫描块的扫描不中断；第二正弦交流扫描块，第二正弦交流扫描块的负极接入第一正弦交流扫描块的输出，第二正弦交流扫描块的正极接入三相V
a2
功率因数设置模块，第二正弦交流扫描块用于去除有功电流I
d
的微波，三相V
a2
功率因数设置模块用于设置三相V
a2
功率因数，三相V
a2
功率因数用于检测有功电流I
d
是否有效；第一PI控制器，用于对第二正弦交流扫描块的输出电流进行比例积分控制；第三正弦交流扫描块，用于快速捕捉无功电流I
q
的幅值、相位、频率，第三正弦交流扫描块的负极输入无功电流I
q
，第三正弦交流扫描块的正极接入三相V
a1
功率因数设置模块，三相V
a1
功率因数设置模块用于设置三相V
a1
功率因数，三相V
a1
功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾章平，黄和平，黄蕾，冯学礼，吴斌，郑建，陈晓琳，
申请(专利权)人：上海正泰电源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：