[发明专利]含光伏配电网的统一电能质量调节器谐波控制方法

摘要

本发明提供一种含光伏配电网的统一电能质量调节器谐波控制方法，利用UPQC实施，所述的UPQC包括信号采集模块、信号调理模块、微控制器和驱动电路模块，包括以下步骤：第一步，电压信号采集：采集配电网三相母线电压u_a,u_b,u_c和负载电流i_a,i_b,i_c；第二步，采集信号调理；第三步，计算谐波补偿指令；第四步，采用自适应线性神经网络整定UPQC的PI控制参数(k_p，k_i)；第五步，运用选定的最优PI控制参数(k_p，k_i)实施PI控制，输出电流谐波补偿分量。本发明通过采用基于自适应线性神经网络整定PI控制参数的PI控制方法，能够对含光伏配电网的谐波进行有效控制；为利用UPQC治理配电网电能质量提供了一种新方法。

主权项

1.一种含光伏配电网的统一电能质量调节器谐波控制方法，利用UPQC实施，所述的UPQC包括信号采集模块、信号调理模块、微控制器和驱动电路模块，其特征在于，包括以下步骤：第一步，电压信号采集：UPQC的信号采集模块采集配电网三相母线电压u_a,u_b,u_c和负载电流i_a,i_b,i_c并发送给UPQC的信号调理模块；第二步，采集信号调理：UPQC的信号调理模块将信号采集模块发送的配电网三相母线电压u_a,u_b,u_c和负载电流i_a,i_b,i_c调理成微处理器能够接受的信号后，发送给微处理器；第三步，计算谐波补偿指令：①微控制器将三相负载电流i_a、i_b、i_c经派克变换得到i_α、i_β，变换公式如式(1)：②微控制器将i_α、i_β根据瞬时功率理论计算出i_p、i_q，变换公式如式(2)：式中，ω为电网电压频率；③经低通截止频率为50HZ的LPF低通滤波得出i_p、i_q的基波正序分量i_pf、i_qf；④微控制器根据基波正序分量i_pf、i_qf，由C_ωt逆变换以及派克变换C₃₂的逆变换运算得出三相负载电流基波分量i_af、i_bf、i_cf，然后与三相负载电流i_a、i_b、i_c相减得出谐波补偿指令i_ah、i_bh、i_ch，谐波补偿指令i_ah、i_bh、i_ch简记为第四步，整定UPQC的PI控制参数(k_p，k_i)：设UPQC的PI控制器为增量式PI控制器，其控制误差为PI控制器的输出u(k)的变化量△u(k)与e(k)有如式(5)所示关系：△u(k)＝k_p(e(k)‑e(k‑1))+k_ie(k)        (5)式中，比例参数k_p、积分参数k_i为PI控制器所需整定的参数，微处理器采用自适应线性神经网络，通过以下具体步骤整定PI控制参数(k_p，k_i)：①初始化：线性神经网络输入为k_p、k_i两个参数，输出为优化后的k_p、k_i两个参数，训练样本数N＝100，加权系数w_ij取值范围为[0.1,20]，初始化所有的加权系数为最小的随机数；②提供训练集：对于参数k_p，即x⁽¹⁾，取值范围为[1,100]；对于参数k_i，即x⁽²⁾，取值范围为[0.001,1]，对两个参数在取值范围内，通过随机按顺序赋值，提供100个训练样本，即给出100个输入向量x⁽¹⁾，x⁽²⁾，100个期望的输出向量t⁽¹⁾，t⁽²⁾；③计算输出层各神经元的输出：在训练网络的学习阶段，选择100个训练样本的中的一个样本p作用下的输入/输出模式对{x^p}和{t^p}，进行网络训练，输出层的第i个神经元在样本p的作用下的输入为：式中，w_ij为训练加权系数，取值为初始化的随机数；θ_i为输出层神经元i的阈值，初始取值为0.5，为样本p作用下的输入；输出层的第i个神经元的输出为：式中，f(·)为将网络的输入直接转为输出的线性激活函数，表达式为：④计算所有训练样本的期望值与实际值的误差：对于每一样本p的输入模式对的二次型误差函数为：式中，表示在样本p作用下的第i个神经元的期望输出；表示在样本p作用下的第i个神经元的实际输出，e_i表示样本p期望输出与实际输出之间的误差；取PI控制的性能指标函数为J，其表达式为：k_p，k_i的调整算法采用梯度下降法：式中，△k_p为k_p梯度变化量，△k_i为k_i梯度变化量；η为学习速率，α取值为1；⑤调整输出层的加权系数w_ij和阈值θ_i：根据梯度法，可得输出层的任意神经元i的加权系数修正公式为：根据式(10)与式(11)，故△k_p＝e(k)·△w_ij·[e(k)‑e(k‑1)]                          (13)△k_i＝e(k)·△w_ij·e(k)                                    (14)输出层的任意神经元i的加权系数修正公式为：阈值θ_i的修正公式为：△θ_i＝η(t_i‑y_i)＝η·e_i                                  (16)η随着输入样本x^p自适应地调整；⑥返回计算步骤③，k_p、k_i整定过程按PI控制的性能指标函数J减小的方向进行,当J取得最小值时，其对应的PI控制参数(k_p、k_i)为整定的最优值；第五步，输出电流谐波补偿分量：微控制器运用选定的最优PI控制参数(k_p，k_i)实施PI控制，输出u(k)，然后产生相应的PWM信号发送给驱动电路模块；驱动电路模块产生并输出相应的电流谐波补偿分量i_c，并入电网电流i_s，实现对负载电流的谐波控制。