[发明专利]一种单级光伏并网逆变器的控制方法

权利要求书

1.一种单级光伏并网逆变器的控制方法，其特征在于：首先在αβ静止坐标系下建立有功无功解耦的三相并网逆变系统数学模型，在此基础上进行逆变器反推控制器设计，然后利用人群搜索算法对反推控制在MPPT方面的不足进行在线辨识和优化；

在αβ静止坐标系下，所述三相并网逆变系统数学模型为：

式中，i_α、i_β、u_α、u_β、e_α、e_β为i_k、u_k、e_k(k＝a、b、c)在αβ坐标系下α轴和β轴方向的分量；S_α、S_β为三个开关函数S_k(k＝a、b、c)在αβ坐标系下α轴和β轴方向的分量，C为光伏阵列输出端的并联电容，i_dc、U_dc分别表示光伏阵列输出电流及电压，L为三相平波电感，其S_k定义如下：

由上述三相并网逆变系统数学模型及系统模型可进一步得出：

若选取i_α、i_β及U_dc作为状态量，并令x₁＝i_α、x₂＝i_β、x₃＝U_dc，则系统的状态方程如下：

式中，为x₁、x₂、x₃对时间的导数，γ₁＝(S_αΔLx₃-Δe_α+δ_α)/L，γ₂＝(S_βΔLx₃-Δe_β+δ_β)/L，γ₃＝(ΔCx₃-1.5S_αΔCx₁-1.5S_βΔCx₂+δ_dc)/C分别为逆变系统中非线性部分和外部扰动形成的不确定性部分之和；其中，ΔL、ΔC分别为电感和电容引起的不确定性部分，Δe_α、Δe_β分别为电网电压引起的不确定性部分，其中δ_α、δ_β和δ_dc分别为控制过程中对应状态量的外部扰动；

设直流电容C两端电压误差为其中为直流电容电压的给定值；定义Liyapunov函数为：

对上式求导可得：

为确保定义虚拟控制量S_αx₁+S_βx₂，并假定x₁和x₂分别取其给定值和时，使下式成立：

式中k₀为正实数；

若设x₁和x₂的控制误差分别为和结合式(6)和(7)可得：

若x₁和x₂的控制误差e₁，e₂＝0时，则为达到以上的控制目标，构造另一Liyapunov函数为：

对上式求导得：

其中：

令式中k₁，k₂均为正实数，可得：

当开关管控制函数满足式(12)的要求时，可使表明设计的反推系统稳定；

人群搜索算法流程如下：

Step1：t→0；

Step2：初始化，在可行解域随机产生s个初始位置，

其中，i＝1，2，3，…，s；t＝0；

Step3：评价，计算每个目标函数值；

Step4：搜寻策略，计算每一个个体i在每一维j的搜索方向d_ij(t)和步长α_ij(t)；

Step5：位置更新，按公式更新每个搜寻者位置；

Step6：t→t+1；

Step7：若满足停止条件，停止搜索；否则，转到Step3；

在每次迭代过程中都应计算每一维j的搜索方向d_ij(t)和步长α_ij(t)，且α_ij(t)≥0，d_ij(t)∈{-1，0，1}，i＝1，2，3，…，s，j＝1，2，3，…，M。d_ij(t)＝1表示搜寻者i沿着j维坐标的正方向前进；d_ij(t)＝-1表示搜寻者i沿着j维坐标的负方向前进，d_ij(t)＝0表示搜寻者i在j维坐标下保持静止，确定搜索方向和步长后，根据式(13)进行位置更新，通过不断更新搜寻者的位置，直到得到结果；公式(13)如下：

公式(13)中，Δx_ij(t+1)＝d_ij(t)α_ij(t)即为Δx_ij()的定义；x_ij(t+1)＝x_ij(t)+Δx_ij(t+1)为一个时间迭代公式，初值在t＝0时随机产生，设计人群搜索优化反推控制器，具体如下：

取目标函数为P＝i_dcU_dc，设种群中的个体数为20，每个个体的位置矢量维数为1，随机初始化个体位置，计算种群中个体当前位置的目标函数值，初始化个体极值所在位置P_i，best，并将种群中最优目标函数值的位置存储于全局最优位置G_best中，将个体目标函数值按照递减顺序排列，计算其隶属度u_i，从u_i的第1个计算式可看出隶属度与目标函数值的排列顺序直接相关，即最佳位置的隶属度为1，最差位置的隶属度为最小值0.0111，为模拟人类搜索行为中的随机性，将计算得到的隶属度通过式(14)随机均匀分布在区间[u_i，1]上的实数，求得隶属度后，可计算搜索步长α_i；

式中，u_i为第i个个体目标函数值的隶属度；N_i为目标函数值排序后的序号；x_min、x_max为目标函数最小值和最大值所处的位置；t为当前迭代次数；100为最大迭代次数；rand(ui,1)为产生一个在[ui,1]区间上的随机实数，该函数为随机数函数；

再分别计算第i个个体的搜寻利己方向d_i，ego、利他方向d_i，alt和预动方向d_i，pro，采用3个方向的随机加权平均确定搜索方向d_i，得到搜索步长α_i及方向d_i后，进行个体位置的更新；

式中，ω是惯性权值，它随着进化代数的增加从0.9线性递减到0.1；是在已知区间[0，1]内均匀、随机选择的实数；t₁，t₂∈{t，t-1，t-2}；x_i(t₁)和x_i(t₂)分别为{x_i(t-2)，x_i(t-1)，x_i(t)}中的最佳位置；v_i为第i个个体移动的距离；sign()表示输入矢量每一维的符号函数，计算结果d_i(t)∈{-1，0，1}。