CN114465271A - 基于ga-svm调制的物联网光伏发电能源控制***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于GA‑SVM调制的物联网光伏发电控制***极其控制方法，先对第一电流调制模块、第二电流调制模块、PR控制器及陷波滤波器进行参数设置，接收智能电网公共点的电压、电流，逆变器输出端三相电流，光伏电池直流输出电压；实时获取并判断是否生成第一参考电流和/或第二参考电流，确定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；如果第二电流调制模块为响应速度最优者，则进行相应切换使第二电流调制模块与SVM发波模块之间的连接线路接通，利用第二参考电流转换得到电压Va、Vb、V0；否则，利用第一参考电流变换得到电压Va、Vb、V0；并基于SVM发波，控制逆变器工作，响应速度快、发电效率高。
Description
技术领域
本发明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***及控制方法。
背景技术
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***具有高电抗比和不平衡负载曲线。在配电***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***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***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***。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：
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***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。
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***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***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***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。
3、现有光伏并网控制器通过最大功率点跟踪(MPPT)向***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。
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。
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。
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。
发明内容
本发明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***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***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***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。
本发明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。
本发明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***，包括：
第二电流调制模块，基于遗传算法，对直流电压Vdc以及电网公共点三相电压Vpcc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Va、Vb、V0；
SVM发波模块，用于根据输入的电压Va、Vb、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。
进一步的，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Vpcc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Vdc *、直流电压Vdc，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
第二dq0/αβ0变换模块，用于根据+ωt、-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
进一步的，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Vdc *和直流电压Vdc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
是比例增益，KiDC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Vdc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*。
进一步的，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Ipcc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iα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iα；
第二合成电流iβ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iβ；
第四比较器，用于对第二参考电流
与第一合成电流iα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iβ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Va、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Vb、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。
进一步的，所述基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，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Ia、Ib、Ic进行调制，输出第一参考电流Iα2、Iβ2、I03；
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Iα2、Iβ2、I03进行变换，得到电压Va、Vb、V0。
进一步的，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Ia、Ib、Ic，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Ia、Ib、Ic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Ia、Ib、Ic；
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Iα1、Iβ1以及零序电流/中性电流I01；
αβ0/dq0变换模块，用于对直流电流Iα1、Iβ1、I01进行αβ0/dq0转换，输出有功电流Id、无功电流Iq以及零序电流/中性电流I02；
第一正弦交流扫描块，用于快速捕捉有功电流Id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Id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Va2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Id的微波，三相Va2功率因数设置模块用于设置三相Va2功率因数，三相Va2功率因数用于检测有功电流Id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Iq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Iq，第三正弦交流扫描块的正极接入三相Va1功率因数设置模块，三相Va1功率因数设置模块用于设置三相Va1功率因数，三相Va1功率因数用于检测无功电流Iq是否有效；
第二PI控制器，用于对第三正弦交流扫描块的输出电流进行比例积分控制；
第一dq0/αβ0变换模块，dq0/αβ0变换模块的Id端接第一PI控制器的输出，dq0/αβ0变换模块的Iq端接第二PI控制器的输出，dq0/αβ0变换模块的0端接零序电流I02以及初相角θ，dq0/αβ0变换模块用于根据θ，对输入的电流进行dq0/αβ0变换，输出第一参考电流Iα2、Iβ2、I03。
本发明实施例所采用的第二技术方案是：基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制方法，采用如上所述的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，按照以下步骤进行：
步骤S1、对第一电流调制模块、第二电流调制模块、PR控制器以及陷波滤波器进行参数设置；
步骤S2、接收智能电网公共点处的三相电压Vpcc、智能电网公共点处的三相电流Ipcc、逆变器输出端的三相电流Ia、Ib、Ic，以及光伏电池直流输出电压Vdc；
步骤S3、实时获取并判断是否生成第一参考电流Iα2、Iβ2、I03和/或第二参考电流
根据第一参考电流Iα2、Iβ2、I03和第二参考电流
的响应速度，确定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；如果第二电流调制模块为响应速度最优者，则进行相应切换使第二电流调制模块与SVM发波模块之间的连接线路接通，同时使第一电流调制模块与SVM发波模块之间的连接线路关闭，并进入步骤S5，否则进入步骤S4；
步骤S4、对第一参考电流Iα2、Iβ2、I03进行αβ0/abc变换，得到电压Va、Vb、V0；
步骤S5、对第二参考电流
与第一合成电流iα进行比较，将比较输出的最优者依次经比例谐振控制器转换得到电压Va、V0；对第二参考电流
与第二合成电流iβ进行比较，将比较输出的最优者依次经比例谐振控制器转换得到电压Vb、V0；再将电压Va、Vb、V0经陷波滤波器进行陷波滤波；
步骤S6、根据步骤S4输出的电压Va、Vb、V0或步骤S5陷波滤波后输出的电压Va、Vb、V0，基于SVM发波，控制驱动逆变器的开关模块。
进一步的，第二参考电流
按照以下步骤生成：
步骤S31、通过公式(1)或公式(2)计算有功电压Vd、无功电压Vq和零电压V0，并对有功电压Vd、无功电压Vq和零电压V0进行正负序分解，得到
当q轴超前d轴时：
当q轴滞后d轴时：
其中，
为A相Va的相角；
步骤S32、在直流母线电压波动Δ限制下，通过公式(3)定义决策变量k，基于遗传算法并结合公式(6)计算适应度值，搜索最佳决策变量k：
其中，ω为电网公共点处三相电压的角频率，Vc为直流母线电容CDC的电压；
F(k)＝Kn(ω1f1(k)+ω2f2(k)+ω2f0(k))； (6)
其中，ω1是有功电压角频率，ω2是无功电压角频率，f1(k)是有功功率震荡Prip等式(4)定义的有功功率纹波函数，f2(k)是无功功率震荡Qrip等式(5)定义的无功功率纹波函数，有功功率纹波函数f1(k)优先于无功功率纹波函数f2(k)，Kn是并联系数，f0(k)为零矢量值，用于解决重复发波的问题；k满足-1≤k≤+1，取任何介于–1和1之间的值；
步骤S33、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，对通过最大功率点跟踪得到的直流参考电压Vdc *与直流电压Vdc进行比较后进行PI控制，采用PI控制产生的功率与理论功率、直流功率P进行比较得到参考功率P*；
步骤S34、基于最佳决策变量k和参考功率P*，计算正、负序参考电流
具体过程如下：
k设置为–1，则消除了有功功率振荡，采用恒定有功功率控制，恒定有功功率控制采用公式(7)计算的负序参考电流
进行：
-1<k<0时，采用互补的恒定有功功率控制和平衡负序无功功率控制，平衡负序无功功率控制采用公式(8)计算的负序参考电流
进行：
k设置为0，只有正序电流元素被注入电网，因为所有负序分量都被消除，采用公式(9)计算的正序参考电流
进行平衡正序有功功率控制：
0<k<1时，采用互补的恒定无功功率控制和平衡正序有功功率控制，平衡正序有功功率控制采用公式(9)计算的正序参考电流
进行，恒定无功功率控制采用公式(10)计算的负序参考电流
进行：
k＝1消除了无功功率振荡，采用公式(10)计算的负序参考电流
进行恒定无功功率控制；
将参考功率P*以及正负序电压
输入到下列公式(13)，生成负序参考电流
步骤S35、根据+ωt、-ωt，对根据k值选择的不同控制方式下的正、负序参考电流
进行dq0/αβ变换，生成第二参考电流
所述PR控制器的传递函数GPR(S)为：
所述陷波滤波器的传递函数D(S)为：
其中，kp为比例增益，ki为谐振增益，S为拉普拉斯算子，ωc为***频率，ω0为参考频率。
本发明实施例所采用的第三技术方案是：一种智能电网发用电计量监测控制器，包括：
如上所述的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，所述基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***经SVM发波模块发出控制逆变器的开关的限流、限压、限温单元保护信号，实施过压、欠压、过流、过温保护。
进一步的，所述的一种智能电网发用电计量监测控制器，还包括：
电能计量模块，用于根据电网公共点处的电压传感器检测的公共点处的三相电压Vpcc和电流传感器检测的公共点处的三相电流Ipcc，进行电能计量；
物联网参数电能监控模块，用于进行物联网参数和电能监控，与监控/电脑控制装置连接；
变流电网硬件配置模块，用于接入物联网、三相电流、三电流，并通过接入中间件接入微处理器；
双向交流件，用于与物联网和智能电网连接；
发电参数检测控制模块，用于检测直流***的输出电压和电流，逆变器输出的电压和电流，逆变器的开关温度以及公共点处的电压Vpcc和电流Ipcc，并根据检测结果控制通过与智能电网连接的双向交流件向电网公共点处注入谐波电流I谐、无功电流I无或无功功率Q无，实时欠电流、无电流、功率不足保护；
所述基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***的驱动电路包括：
脉冲最小补偿限制模块
用于进行最小发波延时，避免发电参数检测控制模块进行谐波电流、无功电流或无功功率注入时基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***同步发波，延时时间与谐波电流、无功电流或无功功率注入时间一致，每个脉冲最小补偿限制模块的输入为SVM发波模块输出的三相脉冲；
第二可编程增益放大器PGA，每个第二可编程增益放大器PGA的输入为对应脉冲最小补偿限制模块
的输出信号，进行增益补偿；每个第二可编程增益放大器PGA的输出经两路门极缓冲器与逆变器上对应桥臂的两个开关模块驱动端连接；
每个第二可编程增益放大器PGA旁引出功率扫描计，功率扫描计用于判断谐波电流、无功电流或无功功率的注入是否完成，谐波电流、无功电流或无功功率注入完成时第二可编程增益放大器PGA工作进入发波过程。
本发明实施例的有益效果是：
1.采用DDSRF-PLL+PI+遗传算法+PR控制器+陷波滤波器，PR控制器解决电压骤升骤降问题，陷波滤波器解决电压尖峰问题，将PR控制器电压骤升骤降的尖峰与陷波滤波器的反向电压波动尖峰两者耦合，互补了的波动电压尖峰部分，DDSRF-PLL+PI+遗传算法解决功率不平衡和功率震荡的问题，特别是遗传算法大大简化了数学模型，缩短了计算时间，使DDSRF-PLL+PI可以快速锁定基波电压频率和幅值，使DDSRF-PLL+PI利用自身优势对多次谐波、功率不平衡和功率震荡进行抑制。
2.对采用DDSRF-PLL+PI+遗传算法+PR控制器+陷波滤波器控制路线和采用PI+扫描控制+电流预先增益调制控制路线采用主从竞争上岗，哪个控制线路的参考电流先到达就采用哪个控制线路进行控制，如果两者同时到达则采用PI+扫描控制+电流预先增益调制控制路线，PI+扫描控制+电流预先增益调制路线能够快速捕捉参数，速度快，效率高，有效解决现有PI控制、PQ控制及下垂控制耗时长的问题。这两条控制路线均采用直流与交流电流、电压增益调制与功率控制，消除了谐波电流补偿、无功电流、无功功率在故障期间引发健康电压、电流引发的功耗的增加、逆变效率降低和电压波动，及低压和高压穿越故障。
3.采用SVM进行电压矢量转频率控制，可对间谐波进行控制，控制精度高，去除了重复发波，有效降低功耗低、提高MPPT跟踪最大功率节拍，使其能够快速捕捉到最大电压，发电效率升高，有效解决了目前发电***发电效率低的问题。
4.采用混合器和微控制器，对电表、物联网、智能电网三者进行集成，可与负载进行实时通信，保证信息的实时流动，保证供需平衡，有效解决目前电表、物联网、智能电网孤岛联接的问题。利用混合器+微控制器+无线适配器替代原有的电能表控制***和光伏控制***，减少了电压电流传感器、电子扼流圈的使用量，减少了谐波含量和损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电能源控制***的结构示意图。
图2是本发明实施例的遗传矢量扇区正弦波基本载波调制发波控制逆变器的发波波形图。
图3(a)是本发明实施例的遗传矢量扇区正弦波基本载波调制发波控制逆变器时，ei(t)＝0、调制指数mmax＝1的发波波形图。
图3(b)是本发明实施例的遗传矢量扇区正弦波基本载波调制发波控制逆变器时，ei(t)＝0、调制指数
的发波波形图。
图3(c)是本发明实施例的遗传矢量扇区正弦波基本载波调制发波控制逆变器时，
调制指数
的发波波形图。
图4是本发明实施例的svm注入谐波电流与三项调制电压发波以及基波发波的波形对比图。
图5(a)是本发明实施例的遗传矢量扇区正弦波基本载波调制发波控制逆变器时，
时零向量的发波波形图。
图5(b)是本发明实施例的遗传矢量扇区正弦波基本载波调制发波控制逆变器时，
时零向量的发波波形图。
图5(c)是本发明实施例的遗传矢量扇区正弦波基本载波调制发波控制逆变器时，
时零向量的发波波形图。
图6(a)是本发明实施例的遗传矢量扇区正弦波基本载波调制发波控制逆变器的PCC电压分布的不同无功功率补偿图。
图6(b)是本发明实施例的遗传矢量扇区正弦波基本载波调制发波控制逆变器的PCC太阳能逆变器提供的无功功率的不同无功功率补偿图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，如图1所示，包括：
第一电流调制模块，用于对逆变器输出端即电流采样1采样的三相电流Ia、Ib、Ic进行调制，输出第一参考电流Iα2、Iβ2、I03，电流采样1可采用电流传感器，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Ia、Ib、Ic，输出为零阶保持器ZOH的输入，用于消除传输线缆/光缆引起的误差；
零阶保持器ZOH，零阶保持器ZOH的输入为电流反馈器的输出，零阶保持器ZOH的输出为正负序分解模块的输入，用于将三相电流Ia、Ib、Ic的每一相由脉冲型变换成连续的阶梯信号，零阶保持器ZOH的采样频率可优选设为20KHz；
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，输出为abc/αβ0变换模块输入的三相交流电，第一可编程增益放大器PGA用于进行增益补偿；
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Ia、Ib、Ic，输出为可复位积分器的输入，比例增益块的C4常数参数定值可设为100，增益可设置为1/10；
可复位积分器，可复位积分器的输入为比例增益块的输出，输出电压为初相角计算模块的输入，可设置s3增益86.928m，时间常数349.983u，低输出极限-1，输出上限1，采样频率29k；
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；
可复位积分器与初相角计算模块之间还设置有电压检测模块；
abc/αβ0变换模块，用于根据初相角计算模块的输出，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Iα1、Iβ1以及零序电流/中性电流I01；
αβ0/dq0变换模块，用于对直流电流Iα1、Iβ1、I01进行αβ0/dq0转换，输出有功电流Id、无功电流Iq以及零序电流/中性电流I02；abc-dq0变换前Iq＝1、Id＝0时的波形如图2所示；
第一正弦交流扫描块，第一正弦交流扫描块的正极一路与有功电流Id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；第一正弦交流扫描块用于快速捕捉有功电流Id的幅值、相位、频率，以提高速度；
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Va2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Id的微波，三相Va2功率因数设置模块用于设置三相Va2功率因数，三相Va2功率因数初始状态设置为1、初始化完成后设置为5，三相Va2功率因数用于检测有功电流Id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，第三正弦交流扫描块的负极输入无功电流Iq，第三正弦交流扫描块的正极接入三相Va1功率因数设置模块，三相Va1功率因数设置模块用于设置三相Va1功率因数，三相Va1功率因数设置模块的三相Va1功率因数初始状态设置为0、初始化完成后设置为0.5，第三正弦交流扫描块用于快速捕捉无功电流Iq的幅值、相位、频率，以提高速度，三相Va1功率因数检测电流是否有效；
第二PI控制器，用于对第三正弦交流扫描块的输出电流进行比例积分控制；
第一dq0/αβ0变换模块，dq0/αβ0变换模块的Id端接第一PI控制器的输出，dq0/αβ0变换模块的Iq端接第二PI控制器的输出，dq0/αβ0变换模块的0端接零序电流I0以及初相角θ，dq0/αβ0变换模块用于根据θ，dq0/αβ0变换模块用于对输入的电流进行dq0/αβ0变换，输出第一参考电流Iα2、Iβ2、I03；
对可编程增益放大器PGA的输出电流依次进行三次坐标变换，将三相交流电转换为直流分量的同时，消除直流分量中的谐波。
本发明实施例的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，还包括：
第二电流调制模块，基于遗传算法，对直流电压采样1采样的直流电压Vdc以及电压采样0采样的电网公共点三相电压Vpcc进行调制，输出第二参考电流
第二电流调制模块包括：
双同步解耦坐标系锁相环DDSFR-PLL，用于对输入的三相电压Vpcc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Vdc *、直流电压Vdc，得到参考功率P*，参考功率生成模块包括：
第一比较器，用于对直流参考电压Vdc *和直流电压Vdc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
是比例增益，KiDC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Vdc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*；
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DDSFR-PLL的输出的正负序电压
进行转换，得到正负序参考电流
(图1中的
)；
第二dq0/αβ0变换模块，用于根据+ωt、-ωt，对正负序参考电流
进行dq/αβ坐标转换，得到第二参考电流
本发明实施例的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，还包括：
竞争控制模块，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为响应速度最优者，则第一电流调制模块优先于第二电流调制模块输出第一参考电流Iα2、Iβ2、I0，此时通过竞争控制模块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；如果第二电流调制模块为响应速度最优者，则第二电流调制模块优先于第一电流调制模块输出第二参考电流
此时通过竞争控制模块进行相应切换使第二电流调制模块与SVM发波模块之间的连接线路接通，同时使第一电流调制模块与SVM发波模块之间的连接线路关闭。
本发明实施例的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，还包括：
电压转换模块，在第二电流调制模块为响应速度最优者时，电压转换模块用于根据经竞争控制模块传输的第二参考电流
转换得到电压Va、Vb、V0，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Ipcc进行abc/αβ变换，输出正负序电流
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iα生成模块，用于将正序参考电流
负序电流
和
叠加，生成第一合成电流iα；
第二合成电流iβ生成模块，用于将正序参考电流
负序电流
和
叠加，生成第二合成电流iβ；
第四比较器，用于对第二参考电流
与第一合成电流iα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iβ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Va、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Vb、V0。
本发明实施例的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，还包括：
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。
本发明实施例的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，还包括：
αβ0/abc变换模块，在第一电流调制模块为响应速度最优者时，αβ0/abc变换模块用于根据经竞争控制模块传输的第一参考电流Iα2、Iβ2、I0，转换得到电压Va、Vb、V0。
本发明实施例的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，还包括：
SVM(空间矢量调制)发波模块，SVM发波模块用于根据输入的电压进行矢量发波；
驱动电路，用于根据SVM发波模块的信号，驱动逆变器的每个开关模块，控制逆变器逆变，驱动电路包括：
脉冲最小补偿限制模块
用于进行最小发波延时，避免进行谐波电流、无功电流或无功功率注入时同步发波，延时时间与谐波电流、无功电流或无功功率注入时间一致，每个脉冲最小补偿限制模块的输入为SVM发波模块输出的三相脉冲，输出进入第二可编程增益放大器PGA；
第二可编程增益放大器PGA，每个第二可编程增益放大器PGA输入对应脉冲最小补偿限制模块
的输出信号，其输出经两路门极缓冲器与逆变器上对应桥臂的两个开关模块驱动端连接。每个第二可编程增益放大器PGA可编程增益放大器PGA旁引出功率扫描计，功率扫描计用于判断注入是否完成，注入完成时第一可编程增益放大器PGA工作进入发波过程，功率扫描计的功能由软件完成。
智能电网发用电计量监测控制器和基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***的功能均通过混合信号控制器和微处理器联合实现，混合信号控制器和微处理器以及发电***之间相互通过串口进行无线通信。
驱动电路输出端为3×n，通过6×n路门极缓冲器，与逆变桥臂n×6个开关的控制极连接，n≥1，n代表并联的逆变器数量。
实施例2
本发明实施例提供一种基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制方法，采用实施例2所述的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，按照以下步骤进行：
步骤S1、对第一电流调制模块、第二电流调制模块、PR控制器以及陷波滤波器进行参数设置；
步骤S2、接收智能电网公共点处的三相电压Vpcc、智能电网公共点处的三相电流Ipcc、逆变器输出端的三相电流Ia、Ib、Ic，以及光伏电池直流输出电压Vdc；
步骤S3、实时获取并判断是否生成第一参考电流Iα2、Iβ2、I03和/或第二参考电流
根据第一参考电流Iα2、Iβ2、I03和第二参考电流
的响应速度，确定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；如果第一电流调制模块为响应速度最优者，则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，并进入步骤S4；如果第二电流调制模块为响应速度最优者，则进行相应切换使第二电流调制模块与SVM发波模块之间的连接线路接通，同时使第一电流调制模块与SVM发波模块之间的连接线路关闭，并进入步骤S5；
第二参考电流
按照以下步骤生成：
步骤S31、通过公式(1)或公式(2)计算有功电压Vd、无功电压Vq和零电压V0，并对有功电压Vd、无功电压Vq和零电压V0进行正负序分解，得到
当q轴超前d轴时：
当q轴滞后d轴时：
其中，
为A相Va的相角；
步骤S32、在直流母线电压波动ΔV限制下，通过公式(3)定义决策变量k，基于遗传算法并结合公式(6)计算适应度值，搜索最佳决策变量k：
其中，ω为电网公共点处三相电压的角频率，Vc为直流母线电容CDC的电压；
F(k)＝Kn(ω1f1(k)+ω2f2(k)+ω2f0(k))； (6)
其中，ω1是有功电压角频率，ω2是无功电压角频率，f1(k)是有功功率震荡Prip等式(4)定义的有功功率纹波函数，f2(k)是无功功率震荡Qrip等式(5)定义的无功功率纹波函数，有功功率纹波函数f1(k)优先于无功功率纹波函数f2(k)，Kn是并联系数，f0(k)为零矢量值，用于解决重复发波的问题；k满足-1≤k≤+1，取任何介于–1和1之间的值；
步骤S33、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，对通过最大功率点跟踪得到的直流参考电压Vdc *与直流电压Vdc进行比较后进行PI控制，采用PI控制产生的功率与理论功率、直流功率P进行比较得到参考功率P*；
步骤S34、基于最佳决策变量k和参考功率P*，计算电流
具体过程如下：
k设置为–1，则消除了有功功率振荡，采用恒定有功功率控制，为了不影响正序电流，恒定有功功率控制采用公式(7)计算的负序参考电流
进行：
-1<k<0时，采用互补的恒定有功功率控制和平衡负序无功功率控制，平衡负序无功功率控制采用公式(8)计算的负序参考电流
进行：
k设置为0，只有正序电流元素被注入电网，因为所有负序分量都被消除，采用公式(9)计算的正序参考电流
进行平衡正序有功功率控制：
0<k<1时，采用互补的恒定无功功率控制和平衡正序有功功率控制，平衡正序有功功率控制采用公式(9)计算的正序参考电流
进行，恒定无功功率控制采用公式(10)计算的负序参考电流
进行：
k＝1消除了无功功率振荡，采用公式(10)计算的负序参考电流
进行恒定无功功率控制；
在可行范围内(-1≤k≤1)，有功功率震荡Prip满足公式(11)：
在可行范围内(-1≤k≤1)，无功功率震荡Qrip满足公式(12)：
将参考功率P*以及正负序电压
输入到下列公式(13)，生成负序参考电流
恒定有功功率控制(CAPC)、平衡负序无功功率控制、平衡正序有功功率控制(BPSC)、恒定无功功率控制分别由混合信号控制器的I/O口输入
+ωt、-ωt、最佳k值、参考功率P*，MCU计算得出正、负序参考电流id +*、iq +*、id -*、iq -*、i0 *。
混合信号控制器选用芯片MSP4306764A，根据所需的控制方式，这些控制目标的选择可能会导致控制器(基于GA-SVM调制的物联网光伏发电能源控制***)向电网注入不平衡的三相电流，同时由混合信号控制器的微控制处理器(TM4C129XKCZAD)经SVM发波模块发出控制三相逆变桥(逆变器)开关的限流、限压、限温单元保护信号，实施过压、欠压、过流、过温保护；同时对欠电流或无电流、功率不足，对电网通过与混合信号控制器连接的多位开关，向电网注入对应的谐波补偿电流I谐，无功补偿电流I无和无功补偿功率Q无，使逆变器防止控制器(基于GA-SVM调制的物联网光伏发电能源控制***)过流跳闸；对于在不平衡电压操作下的并网逆变器，直流母线电压纹波相对于所需平均电压电平和参考电压最大值的百分比限制，得到搜索遗传算法的最佳k值，逆变桥在安全电压、温度和电流下切换工作，防止了逆变桥的烧损以及寿命、效率的降低，同时防止智能电网和再生能源互补平稳切换，保证了可靠供电；防止了光伏脱网造成的损失；同时保证了用电侧、光伏供电与智能电网的同步运行，与多种运行方式的可靠运行与切换，达到光伏发电平衡并网智能电网；
步骤S35、根据+ωt、-ωt，对根据k值选择的不同控制方式下的正、负序参考电流
进行dq0/αβ变换，生成第二参考电流
步骤S4、对第一参考电流Iα2、Iβ2、I0进行αβ0/abc变换，得到电压Va、Vb、V0；
步骤S5、对第二参考电流
与第一合成电流iα进行比较，将比较输出的最优者依次经比例谐振控制器转换得到电压Va、V0；第二参考电流
与第二合成电流iβ进行比较，将比较输出的最优者依次经比例谐振控制器转换得到电压Vb、V0；再将电压Va、Vb、V0经陷波滤波器进行陷波滤波；
比例谐振(PR)控制器的传递函数GPR(S)为：
其中，kp为比例增益，ki为谐振增益，S为拉普拉斯算子，ωc为***频率，ω0为参考频率；
陷波滤波器的传递函数D(S)为：
经公式(13)中拉普拉斯算子、增益与频率计算的和谐波滤波器处理，处理各次谐波与消除稳态误差就生成的正弦信号输入陷波控制器，经公式(14)的陷波传递函数处理，使得D(s)在ω0处产生一个负谐振峰，消除ω0处的正谐振峰生成电压值Va、Vb和零电压V0；
步骤S6、根据步骤S4输出的电压Va、Vb、V0或步骤S5陷波滤波后输出的电压Va、Vb、V0，基于SVM(空间矢量调制)发波，控制驱动逆变器的开关模块，具体过程如下：
如图1所示的6个开关
的向量状态
与零序
和
输入矢量空间SVPWM，三相载波SVPWM调制器的调制信号ui(t)(i＝a，b，c)的直流母线电压为E，采用零序
和
中注入谐波ei(t)，称为零序信号；TS是采样时间，TS为电压矢量US的采样间隔时间，其倒数
为采样频率；电压矢量US设置在空间矢量的轴上，与
对应重合(6个开关
与
矢量信号对应)，先按表2计算扇区1到扇区6的零序ei(t)和TS，再将TS带入表1空间矢量调制算法计算扇区1到扇区6的对应调制
的发波时间次数T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T0；再将T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T0带入表3计算得到基本信号和空间矢量；再根据空间矢量和基本信号带入表4，计算得到空间矢量扇区和基波调制信号；然后将空间矢量扇区和基波调制信号带入表5，由矢量开关
的开关状态，求得表6的开关
的开关状态和开关代码，然后根据开关代码依次发波驱动表6的序号1到序号8，依次发波驱动逆变桥，锁相电网电压，同步清洁发电，注入电网。
表1空间矢量调制算法
表2零序ei(t)和空间向量计算空间电压矢量TS
表3基本信号和空间矢量计算
表4空间矢量扇区和基波调制信号计算
表5矢量开关、线电压与空间矢量关系
表6矢量开关状态与开关代码
电能的计量芯片即混合信号控制器MSA430F67641A根据表1的空间矢量调制算法，当输入的电压为正弦波时，零序ei(t)设置为0；当遇到不平衡故障时即输入的电压为非正常正弦波时，零序
和
中注入谐波ei(t)，调制信号为基本信号加注入谐波之和，具体见公式(15)，注入的谐波不会出现在表5中的线电压。线电压、矢量开关状态与空间矢量如表5所示。
三相载波SVPWM调制器的调制信号ui(t)(i＝a，b，c)的通用表示如下：
其中，ei(t)是注入的谐波，
称为基本信号，是三相对称正弦信号，如公式(17)所示：
其中，m是调制指数，
且ui(t),i＝a,b,c根据(16)和(17)，输出线到零线电压：
输出线间电压Vab、Vbc和Vca为：
在线性调制范围内，公式(18)、(19)和|ui(t)|≤1,i＝a,b,c表明输出线间电压等于或小于直流母线电压E，因此，可能的最大调制指数是
在线性范围内，零序信号计算公式为：
ei(t)＝0，产生正弦波，在线性范围内，|ui(t)|≤1,i＝a,b,c，mmax＝1的基于正弦波的SVPWM见图3(a)的调制信号；并且最大输出线间电压是
当m>1，发生过调制，在线性范围内，有公式：
结合表2零序ei(t)和空间向量计算空间电压矢量TS，基于双边沿波的DPWM不连续的等效开关模式，ei(t)可表达为：
遗传矢量扇区正弦波基本载波调制发波控制逆变器时，时零向量的发波波形图见图5(a)；对于
时，遗传矢量扇区正弦波基本载波调制发波控制逆变器时时零向量的发波波形图见图5(b)；对于
时遗传矢量扇区正弦波基本载波调制发波控制逆变器时，时零向量的发波波形图见图5(c)。
当ei(t)是一个合适的信号，如
最大调制指数三次谐波注入见图3(b)所示，ei(t)≠0时，出现非正弦SVPWM，在线性调制范围内具有最大调制指数
见图3(c)所示。
(a，b，c)平面中的基本信号和(α，β)平面中的活动量向量推动如下：
其中，Tα和Tβ为
经3/2变换得到的两相静止坐标系下的对应分量，
为Tβ的逆矩阵，
为TS的逆矩阵；
方程(23)和(24)分别是3/2变换和2/3变换。由于同空间扇区的测量，上述变换可以是倾向于所有其他五个扇区，就开关特性而言，SVPWM方案可分为线性调制范围内的连续SVPWM和不连续SVPWM。因此，在每个载波信号中期间，转换器支路的每个输出在直流链路的正负序，而对于不连续的在每个载波周期中，一个调制信号将等于“±1”，相应的支路连接到直流的正或负序链接而不切换动作。因此，从图2、图3(a)、图3(b)、图3(c)、图4、图5(a)、图5(b)、图5(c)来看，与连续SVPWM方案相比，不连续SVPWM方案可以降低平均开关频率33％和无原因的开关损耗。由公式(23)和公式(24)得到调制信号和空间矢量扇区调制信号之间的关系空间矢量扇区如图1所示。
图1的矢量图中有八个开关状态
逆变器的输出电压由这8个开关状态组成。定义与这8个开关状态对应的8个电压向量
开关状态
对应的
长度为1，
和
的长度为0。这8个向量构成电压向量空间，电压向量空间划分为6个扇区，向量空间根据等价原理，
得出公式(25)：
设
的长度为m*E，有：
m*为调制指数，
为相角，T1为每个扇区的起始边界时间，T2为每个扇区的终止边界时间；
在一个采样间隔TS内，输出电压向量
由公式(27)计算得到：
其中，t0～t7是电压向量
对应在
采样时间内的开启时间，t0～t7≥0。
根据公式(24)和(26)，
分解为
有限的方式，为了减少开关动作的次数，充分利用空间矢量的主动导通时间，通常将矢量
拆分为两个最近的相邻电压矢量
和
零矢量和n个任意扇区开关驱动动作函数符合表3和公式(28)：
SVM输出Vma和SWa、SWb、SWc三相频率，Vma在SVPWM后设置交流扫描探针(回路)，运行时图形窗口显示Id、Iq，在后设置延迟块1/Z主要对最小周期进行限制，它会驱动最小的时间步长。在延迟块1/Z后设置PGA，PGA旁引出功率扫描计；PGA后引出两路门极缓冲器；第一路为一个门极缓冲器发波，对应控制逆变器的上开关
的通断；第二路为串联的两个门极缓冲器发波，对应控制逆变器的下开关
的通断。
图1显示了不同类型之间所有可能的转换切换状态，每个箭头代表一次切换行动，例如，从
到
的转换需要至少一个切换动作，而从
到
至少需要三个切换动作，它表明空间矢量调制的开关模式。当矢量开关状态为1，开关状态为111，上部开关
打开动作，下部开关
关闭；当矢量开关状态为0，开关状态为000，下部开关
打开动作，上部开关
关闭。在遇到不平衡故障、低电压故障，零序注入调制指数为0～0.5的ei(t)，驱动光伏功率开关的电压底部抬高和顶部值抬高到调制指数为1的峰值，见图5。注入零序电流，计算零序矢量，得到6个扇区的空间电压矢量TS，然后再将TS带入表1的空间矢量调制算法，得出6个空间矢量的调制次数；根据表3计算出基本信号，再依据表4计算出基波调制基本信号，正弦曲线由基波调制基本信号+矢量0和矢量7的信号，求得开关代码，根据开关代码发波对应的频率；非正常正弦曲线，由基波调制基本信号+矢量0和矢量7的信号+调制指数为0～0.5的ei(t)信号叠加形成的电压波形发波，驱动逆变器的上部开关
或下部开关
同步按图4所示的波形运行。
具体SVM发波：依据图1逆变桥由6个IGBT/IGCT智能开关模块组成，6个开关在SVM中对应6个扇区分布，6个扇区由电压矢量
作为边界值界定；其中
为原点即零电压矢量，6个扇区按60°等分，每个60°的扇区又二等分平分为30°；如图3、图5、表1～6所示，SVM中的矢量开关
的开关频率、开关状态、空间矢量定义如下：
矢量开关
开关状态：100；矢量30°；空间电压矢量：Ts＝T1+T2+T0+T7；零序ei(t)：
对应扇区Ⅰ
矢量调制算法：
T0+T7＝Ts-T1-T2；基本信号和空间矢量：
基波调整信号：
矢量开关
开关状态：010；矢量90°；空间电压矢量：Ts＝T2+T3+T0+T7；零序ei(t)：
对应扇区Ⅱ
矢量调制算法：
T0+T7＝Ts-T2-T3；基本信号和空间矢量：
基波调整信号：
矢量开关
开关状态：110；矢量150°；空间电压矢量：Ts＝T3+T4+T0+T7；零序ei(t)：
对应扇区III
矢量调制算法：
T0+T7＝Ts-T3-T4；基本信号和空间矢量：
基波调整信号：
矢量开关
开关状态：011；矢量210°；空间电压矢量：Ts＝T4+T5+T0+T7；零序ei(t)：
对应扇区Ⅳ
矢量调制算法：
T0+T7＝Ts-T4-T5；基本信号和空间矢量：
基波调整信号：
矢量开关
开关状态：001；矢量270°；空间电压矢量：Ts＝T5+T6+T0+T7；零序ei(t)：
对应扇区Ⅴ
矢量调制算法：
T0+T7＝Ts-T5-T6；基本信号和空间矢量：
基波调整信号：
矢量开关
开关状态：101；矢量360°；空间电压矢量：Ts＝T6+T1+T0+T7：零序ei(t)：
对应扇区Ⅵ
矢量调制算法：
T0+T7＝Ts-T5-T6；基本信号和空间矢量：
基波调整信号：
矢量开关
开关状态：000；矢量0°；
矢量开关
开关状态：111；矢量0°。
空间矢量SVM的6个扇区驱动GM-SVM矢量开关状态与开关代码定义：
开关状态：
对应开关代码：100；
开关状态：
对应开关代码：110；
开关状态：
对应开关代码：010；
开关状态：
对应开关代码：011；
开关状态：
对应开关代码：001；
开关状态：
对应开关代码：101；
开关状态：
对应开关代码：111；
开关状态：
对应开关代码：000。
实验运行结果：
实验平台包括一套逆变器板，三相LCL滤波器，三相网测电感，电流和电压传感器，三相(6管)逆变桥测温传感器板，Y-Y升压变压器(12v、230v，50HZ)，一套controldesk软件的按图制作的控制器以及MATLAB Swimulin软件包。两个独立的三相逆变器，并由42V直流电源供电，其中一个逆变器为接中线的三相逆变器，产生的三相电压通过可控的电流断路器和升压变压器接入智能电网，用一个YOKOGAwa功率分析仪来测量THD。
表7并网现有变流器电流控制器与本发明提出的方案的性能对比(THD％)
同时，在无本地负载、阻性负载、不平衡负载、非线性负载、动态性能五种状态下测试，PI、PR、GA+PI、PR+PI+GA方案的并网，电网电压跟踪THD质量稳定在1.41％-1.61％，PR+PI+GA+SVM方案的电流控制器的电能质量最好，在0.89％到3.56％，动态性能优良。
在LVRT运行期间，逆变器尝试向电网提供无功功率以提高PCC处的电压。光伏逆变器提供的无功功率取决于其控制策略中采用的无功功率补偿技术。图6(a)显示了现有补偿技术与本发明实施例的PCC电压曲线和无功功率补偿技术的性能比较。为清楚起见，该研究分为两个子组：在150ms的故障期间和故障移除后，在F处产生具有1Ω故障电阻的A相接地故障。图6(b)显示了PCC电压分布的不同无功功率补偿技术的比较分析。据观察，在故障期间，PCC的A相电压遵循电网规范。因此，PV将保持与电网的连接，LVRT运行将发生。现有的静态和动态方法显示PCC处的振荡，而使用所提出的方法使电压稳定。故障排除后，静态方法需要200毫秒，动态方法需要350毫秒，而本发明实施例的方法需要100毫秒即可稳定PCC的电压，获得的结果显示了所提出的方法相对于现有技术的优势。
实施例3
本发明实施例提供一种智能电网发用电计量监测控制器，如图1所示，包括：
电能计量模块，用于根据电压采样0处的电压传感器检测的公共点处的三相电压Vpcc和电流传感器检测的公共点处的三相电流Ipcc，进行电能计量；
物联网参数电能监控模块，用于进行物联网参数和电能监控，与监控/电脑控制装置连接；
变流电网硬件配置模块，用于接入物联网、三相电流、三电流(三相直流电)，并通过接入中间件(无线通信模块，如结点控制单元无线上网适配器)接入微处理器；物联网与负载通过中间件连接，中间件由变流电网硬件配置模块控制。
发电参数检测控制模块，用于检测直流***的输出电压和电流(直流压电采样1、直流电流采样1处的电压和电流)，逆变器输出的电压和电流(电流采样1、电压采样2处的电压和电流)，逆变器的开关温度(图1的电源温度检测)以及公共点处的电压(电压采样0处的电压)Vpcc，并根据检测结果控制向公共点处注入谐波电流I谐、无功电流I无或无功功率Q无，实时欠电流、无电流、功率不足保护，如通过电压采样2监控LCL滤波器处的电压，当监测到控LCL滤波器处的电压有谐波产生时，可控制注入反向谐波电流进行控制，避免谐波影响。
用于物联网、智能电网和智能电网发用电计量监测控制器的连接的双向交流件，发电参数检测控制模块通过与智能电网连接的双向交流件向电网公共点处注入谐波电流I谐、无功电流I无或无功功率Q无。
基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***经SVM发波模块发出控制逆变器的开关的限流、限压、限温单元保护信号，实施过压、欠压、过流、过温保护。
直流开关控制件，直流开关控制件中包含MPPT控制器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，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Vdc以及电网公共点三相电压Vpcc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Va、Vb、V0；
SVM发波模块，用于根据输入的电压Va、Vb、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***，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Vpcc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Vdc *、直流电压Vdc，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
第二dq0/αβ0变换模块，用于根据+ωt、-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***，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Vdc *和直流电压Vdc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
是比例增益，KiDC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Vdc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***，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Ipcc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iα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iα；
第二合成电流iβ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iβ；
第四比较器，用于对第二参考电流
与第一合成电流iα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iβ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Va、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Vb、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***，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Ia、Ib、Ic进行调制，输出第一参考电流Iα2、Iβ2、I03；
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Iα2、Iβ2、I03进行变换，得到电压Va、Vb、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***，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Ia、Ib、Ic，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Ia、Ib、Ic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Ia、Ib、Ic；
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Iα1、Iβ1以及零序电流/中性电流I01；
αβ0/dq0变换模块，用于对直流电流Iα1、Iβ1、I01进行αβ0/dq0转换，输出有功电流Id、无功电流Iq以及零序电流/中性电流I02；
第一正弦交流扫描块，用于快速捕捉有功电流Id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Id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Va2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Id的微波，三相Va2功率因数设置模块用于设置三相Va2功率因数，三相Va2功率因数用于检测有功电流Id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Iq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Iq，第三正弦交流扫描块的正极接入三相Va1功率因数设置模块，三相Va1功率因数设置模块用于设置三相Va1功率因数，三相Va1功率因数用于检测无功电流Iq是否有效；
第二PI控制器，用于对第三正弦交流扫描块的输出电流进行比例积分控制；
第一dq0/αβ0变换模块，dq0/αβ0变换模块的Id端接第一PI控制器的输出，dq0/αβ0变换模块的Iq端接第二PI控制器的输出，dq0/αβ0变换模块的0端接零序电流I02以及初相角θ，dq0/αβ0变换模块用于根据θ，对输入的电流进行dq0/αβ0变换，输出第一参考电流Iα2、Iβ2、I03。
7.基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制方法，其特征在于，采用如权利要求5所述的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，按照以下步骤进行：
步骤S1、对第一电流调制模块、第二电流调制模块、PR控制器以及陷波滤波器进行参数设置；
步骤S2、接收智能电网公共点处的三相电压Vpcc、智能电网公共点处的三相电流Ipcc、逆变器输出端的三相电流Ia、Ib、Ic，以及光伏电池直流输出电压Vdc；
步骤S3、实时获取并判断是否生成第一参考电流Iα2、Iβ2、I03和/或第二参考电流
根据第一参考电流Iα2、Iβ2、I03和第二参考电流
的响应速度，确定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；如果第二电流调制模块为响应速度最优者，则进行相应切换使第二电流调制模块与SVM发波模块之间的连接线路接通，同时使第一电流调制模块与SVM发波模块之间的连接线路关闭，并进入步骤S5，否则进入步骤S4；
步骤S4、对第一参考电流Iα2、Iβ2、I03进行αβ0/abc变换，得到电压Va、Vb、V0；
步骤S5、对第二参考电流
与第一合成电流iα进行比较，将比较输出的最优者依次经比例谐振控制器转换得到电压Va、V0；对第二参考电流
与第二合成电流iβ进行比较，将比较输出的最优者依次经比例谐振控制器转换得到电压Vb、V0；再将电压Va、Vb、V0经陷波滤波器进行陷波滤波；
步骤S6、根据步骤S4输出的电压Va、Vb、V0或步骤S5陷波滤波后输出的电压Va、Vb、V0，基于SVM发波，控制驱动逆变器的开关模块。
8.根据权利要求7所述的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制方法，其特征在于，第二参考电流
按照以下步骤生成：
步骤S31、通过公式(1)或公式(2)计算有功电压Vd、无功电压Vq和零电压V0，并对有功电压Vd、无功电压Vq和零电压V0进行正负序分解，得到
当q轴超前d轴时：
当q轴滞后d轴时：
其中，
为A相Va的相角；
步骤S32、在直流母线电压波动Δ限制下，通过公式(3)定义决策变量k，基于遗传算法并结合公式(6)计算适应度值，搜索最佳决策变量k：
其中，ω为电网公共点处三相电压的角频率，Vc为直流母线电容CDC的电压；
F(k)＝Kn(ω1f1(k)+ω2f2(k)+ω2f0(k))； (6)
其中，ω1是有功电压角频率，ω2是无功电压角频率，f1(k)是有功功率震荡Prip等式(4)定义的有功功率纹波函数，f2(k)是无功功率震荡Qrip等式(5)定义的无功功率纹波函数，有功功率纹波函数f1(k)优先于无功功率纹波函数f2(k)，Kn是并联系数，f0(k)为零矢量值，用于解决重复发波的问题；k满足-1≤k≤+1，取任何介于–1和1之间的值；
步骤S33、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，对通过最大功率点跟踪得到的直流参考电压Vdc *与直流电压Vdc进行比较后进行PI控制，采用PI控制产生的功率与理论功率、直流功率P进行比较得到参考功率P*；
步骤S34、基于最佳决策变量k和参考功率P*，计算正、负序参考电流
具体过程如下：
k设置为–1，则消除了有功功率振荡，采用恒定有功功率控制，恒定有功功率控制采用公式(7)计算的负序参考电流
进行：
-1<k<0时，采用互补的恒定有功功率控制和平衡负序无功功率控制，平衡负序无功功率控制采用公式(8)计算的负序参考电流
进行：
k设置为0，只有正序电流元素被注入电网，因为所有负序分量都被消除，采用公式(9)计算的正序参考电流
进行平衡正序有功功率控制：
0<k<1时，采用互补的恒定无功功率控制和平衡正序有功功率控制，平衡正序有功功率控制采用公式(9)计算的正序参考电流
进行，恒定无功功率控制采用公式(10)计算的负序参考电流
进行：
k＝1消除了无功功率振荡，采用公式(10)计算的负序参考电流
进行恒定无功功率控制；
将参考功率P*以及正负序电压
输入到下列公式(13)，生成负序参考电流
步骤S35、根据+ωt、-ωt，对根据k值选择的不同控制方式下的正、负序参考电流
进行dq0/αβ变换，生成第二参考电流
所述PR控制器的传递函数GPR(S)为：
所述陷波滤波器的传递函数D(S)为：
其中，kp为比例增益，ki为谐振增益，S为拉普拉斯算子，ωc为***频率，ω0为参考频率。
9.一种智能电网发用电计量监测控制器，其特征在于，包括：
如权利要求1～4任一项或6所述的基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***，所述基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***经SVM发波模块发出控制逆变器的开关的限流、限压、限温单元保护信号，实施过压、欠压、过流、过温保护。
10.根据权利要求9所述的一种智能电网发用电计量监测控制器，其特征在于，还包括：
电能计量模块，用于根据电网公共点处的电压传感器检测的公共点处的三相电压Vpcc和电流传感器检测的公共点处的三相电流Ipcc，进行电能计量；
物联网参数电能监控模块，用于进行物联网参数和电能监控，与监控/电脑控制装置连接；
变流电网硬件配置模块，用于接入物联网、三相电流、三电流，并通过接入中间件接入微处理器；
双向交流件，用于与物联网和智能电网连接；
发电参数检测控制模块，用于检测直流***的输出电压和电流，逆变器输出的电压和电流，逆变器的开关温度以及公共点处的电压Vpcc和电流Ipcc，并根据检测结果控制通过与智能电网连接的双向交流件向电网公共点处注入谐波电流I谐、无功电流I无或无功功率Q无，实时欠电流、无电流、功率不足保护；
所述基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***的驱动电路包括：
脉冲最小补偿限制模块
用于进行最小发波延时，避免发电参数检测控制模块进行谐波电流、无功电流或无功功率注入时基于GA-SVM调制的物联网光伏发电控制***同步发波，延时时间与谐波电流、无功电流或无功功率注入时间一致，每个脉冲最小补偿限制模块的输入为SVM发波模块输出的三相脉冲；
第二可编程增益放大器PGA，每个第二可编程增益放大器PGA的输入为对应脉冲最小补偿限制模块
的输出信号，进行增益补偿；每个第二可编程增益放大器PGA的输出经两路门极缓冲器与逆变器上对应桥臂的两个开关模块驱动端连接；
每个第二可编程增益放大器PGA旁引出功率扫描计，功率扫描计用于判断谐波电流、无功电流或无功功率的注入是否完成，谐波电流、无功电流或无功功率注入完成时第二可编程增益放大器PGA工作进入发波过程。
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|---|---|---|---|---|
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| CN117134417A (zh) * | 2023-10-26 | 2023-11-28 | 锦浪科技股份有限公司 | 一种光伏逆变器电压穿越过流调控方法、装置及存储介质 |
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