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面向故障暂态建模的光伏并网逆变器控制器参数辨识

更新时间：2019-12-30 17:55:18 大小：882K 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：光伏电源 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

为了构建电网故障情况下高可信度的光伏电源暂态等效模型,为含光伏电源的电网故障特性分析和继电保护研究奠定基础,提出了一种面向故障暂态建模的光伏并网逆变器的控制器参数辨识方法.该参数辨识方法以差分进化算法为基础,不仅可以辨识出PI调节器参数,也能准确辨识出限幅环节参数,以弥补现有控制器参数辨识方法的不足,从而确保光伏电源故障暂态建模的准确性.建立了PI调节器参数和限幅环节参数的分阶段辨识流程,并采用理论计算方法确定了初始种群中各解向量的初始值,以加快待辨识参数收敛到真实值的速度,提高控制器参数的辨识效率.

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第 45 卷 第 11 期  
2017 年 6 月 1 日  
电力系统保护与控制  
Power System Protection and Control  
Vol.45 No.11  
Jun. 1, 2017  
DOI: 10.7667/PSPC160806  
面向故障暂态建模的光伏并网逆变器控制器参数辨识  
孔祥平1，袁宇波1，阮思烨2，徐 凯2，弓新月1  
(1.国网江苏省电力公司电力科学研究院, 江苏 南京 211103；2.国家电力调度控制中心，北京 100031)  
摘要：为了构建电网故障情况下高可信度的光伏电源暂态等效模型，为含光伏电源的电网故障特性分析和继电保  
护研究奠定基础，提出了一种面向故障暂态建模的光伏并网逆变器的控制器参数辨识方法。该参数辨识方法以差  
分进化算法为基础，不仅可以辨识出 PI 调节器参数，也能准确辨识出限幅环节参数，以弥补现有控制器参数辨识  
方法的不足，从而确保光伏电源故障暂态建模的准确性。建立了 PI 调节器参数和限幅环节参数的分阶段辨识流程，  
并采用理论计算方法确定了初始种群中各解向量的初始值，以加快待辨识参数收敛到真实值的速度，提高控制器  
参数的辨识效率。  
关键词：光伏电源；暂态建模；参数辨识；PI 调节器；限幅环节；差分进化算法  
Controller parameter identification of the grid connected PV inverter for fault transient modeling  
KONG Xiangping1, YUAN Yubo1, RUAN Siye2, XU Kai2, GONG Xinyue1  
(1. State Grid Jiangsu Electric Power Company Research Institute, Nanjing 211103, China;  
2. National Electric Power Dispatching and Control Center, Beijing 100031, China)  
Abstract: In order to build a highly reliable equivalent transient model of PV power generator under grid fault, as well as  
establish a solid basis for the fault feature and relay protection study of the power grid with PV power generators, a  
controller parameter identification method of the grid connected PV inverter for fault transient modeling is proposed. The  
proposed parameter identification method is based on the differential evolution algorithm. With the proposed method,  
both the proportional gains and integral gains of the PI regulators and the limiter values can be correctly identified, which  
can make up the shortage of traditional controller parameter identification methods and ensure the accuracy of the fault  
transient modeling of the PV power generator. Moreover, the stepwise identification procedure of controller parameters is  
put forward, and the initial values of the initial population are set according to the theoretical calculation, to improve the  
convergence rate of the identified parameters and efficiency of the identification method.  
Key words: PV power generator; transient modeling; parameter identification; PI regulator; limiter; differential evolution  
algorithm  
可能导致传统电网继电保护无法准确地判断故障的  
0 引言  
位置，引起保护拒动或误动[4-7]。对于光伏电源而言，  
其并网逆变器在电网故障期间的响应特性决定了光  
伏电源的故障电流特性，而光伏并网逆变器的故障  
响应特性则取决于其控制器参数的选择。但是，对  
于用户和电网来说，光伏并网逆变器的控制器参数  
是不可知的，这使得研究人员在对含光伏电源的电  
网进行暂态仿真分析时，无法构建准确的、符合实  
际工程情况的光伏电源暂态等效模型，影响研究结  
果的准确性。正确辨识光伏并网逆变器的控制器参  
数，对于构建高可信度的光伏电源暂态等效模型、  
开展含光伏电源接入的电网故障特征和继电保护研  
近年来，在电力供应紧张和环境保护的双重压  
力下，具有规模灵活、无污染等优点的光伏发电技  
术在我国得到了大力发展[1-3]。合理开发利用光伏发  
电技术替代部分传统的火力发电，对改善我国电力  
系统的电源结构、提高供电可靠性有重要意义。  
但是，光伏电源的复杂故障电流特性也给以电  
网故障特征为基础的继电保护带来了严峻的挑战，  
基金项目：国家电网公司科技项目：“适应高渗透率分布式  
电源接入的配电网继电保护技术研究”  
万方数据  
- 66 -  
电力系统保护与控制  
究具有重要意义。  
1
光伏并网逆变器及其控制器结构  
在光伏并网逆变器模型辨识方面，有学者将光  
电压源型光伏并网逆变器结构如图1所示。  
伏并网逆变器视为“黑箱 ”，仅利用并网逆变器输入、  
输出两侧的外部测量数据，分别建立了光伏并网逆  
变器的最小二乘模型[8]、Wiener模型[9]和NARX  
(Nonlinear Auto Regressive with eXogenous input)模  
型
[10]。上述并网逆变器的模型辨识方法均不涉及逆  
变器内部电路、功率开关器件等拓扑结构和参数及  
其控制系统的类型和逻辑关系，但是只能得到光伏  
并网逆变器的稳定工作状态模型，无法适用于电网  
故障情况下的电磁暂态分析。在光伏并网逆变器的  
控制参数辨识方面，文献[11]提出了基于递推最小  
二乘法的光伏并网发电系统参数辨识方法，并利用  
光伏实测数据对光伏并网发电系统模型进行多次辨  
识，得到一组确切的比例、积分系数；文献[12]提  
出了一种针对典型光伏并网逆变器双环控制模型的  
dq轴参数解耦辨识策略，对控制器电压外环和电流  
内环的比例、积分系数进行了辨识；文献[13]提出  
了一种基于虚拟量测激励方法的光伏逆变器控制参  
数的分步辨识方法，辨识得到电压外环和电流内环  
的比例、积分系数。但是，上述控制器参数辨识方  
法都旨在辨识控制器内、外环PI调节器的参数，而  
没有辨识积分器输出限幅值和控制器输出限幅值等  
限幅环节的参数。实际上，当发生电网故障时，电  
网电压的扰动可能导致积分器、控制器输出限幅，  
使得光伏并网逆变器的控制器进入非线性环节，这  
将大大影响光伏电源的故障暂态特性[14]。因此，利  
用上述光伏并网逆变器的控制器参数辨识方法构建  
出的光伏电源等效模型，无法准确反映光伏电源的  
故障暂态特性。  
图 1 光伏并网逆变器  
Fig. 1 Structure of grid-connected PV inverter  
在图1中，C为直流电容，udc为直流电容电压，  
ua、ub、uc和ia、ib、ic分别为逆变器输出的三相交流  
电压和电流，uga、ugb、ugc分别为并网点三相交流电  
压，L1、C1为交流侧滤波电感、电容，R1为滤波电  
感L1的内阻。  
两相同步旋转dq坐标系下并网逆变器的数学方  
程如式(1)所示。  
u = L pi + R i −ω L i + u  
d
1
d
1 d  
s
1 q  
gd  
|
(1)  
uq = L piq + R i + ωs L i + ugq  
|
1
1 q  
1 d  
式中：ud、uq分别为逆变器输出电压的d、q轴分量；  
id、iq分别为逆变器输出电流的d、q轴分量；ugd、ugq  
分别为并网点电压的d、q轴分量；p=d/dt，为微分  
算子；ωs为同步角速度。  
图2给出了光伏并网逆变器基于电网电压矢量  
定向的稳态控制框图，其采用功率-电压外环和电流  
内环的双闭环控制结构。  
虽然目前存在 PI、PR、无差拍、预测和重复控  
制等诸多控制算法，且各控制算法的具体实现细节  
也存在一定的差异，但最为成熟且工程应用最为广  
泛的仍是基于 PQ 解耦、前馈补偿和 PI 调节器的双  
环控制系统。因此，本文提出了一种针对上述双环  
控制系统的光伏并网逆变器的控制器参数辨识方  
法。该参数辨识方法以差分进化算法为基础，可以  
弥补现有控制器参数辨识方法的不足，准确辨识出  
PI 调节器的比例系数、积分系数和限幅环节参数，  
为构建光伏电源的暂态等效模型和开展含光伏电源  
的电网故障特征研究奠定基础。此外，建立了PI 调  
节器参数和限幅环节参数的分阶段辨识流程，以降  
低参数辨识维度；提出了基于理论计算的初始种群  
设置方法，以提高参数辨识效率。  
图 2 光伏并网逆变器稳态控制框图  
Fig. 2 Steady-state control diagram of PV inverter  
在图2中，下标“ref”表示控制器指令值，Qg  
为光伏电源输出无功功率，Ug为并网点电压幅值。  
根据文献[4]所提出的低电压穿越运行控制策  
略，在电网故障导致并网点电压跌落期间，为了提  
高控制器的响应性能，光伏并网逆变器的控制器外  
环被闭锁，并根据并网规程提出的无功支撑要求直  
接给定电流内环指令值。因此，以d轴为例，电网故  
障期间光伏并网逆变器的控制框图如图3所示[4]。  
在图3中，Gd(s)=kP+kI/s，为d轴电流内环PI调节  
器的传递函数，其 中 kP、kI为PI调节器的比例系数和  
积分系数；1/(R1+sL1)为交流滤波器的传递函数。  
万方数据  

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