一种闭环式三电平并网逆变器低频共模电压抑制方法与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种闭环式三电平并网逆变器低频共模电压抑制方法。

背景技术：

1、光伏并网逆变器是光伏发电系统中的能源转换装置，光伏并网逆变器的常用拓扑结构中，三电平并网逆变器应用最为广泛。三电平逆变器能够有效降低谐波，三电平逆变器通过引入第三个中间电压水平，使得输出电压波形更加平滑，从而能够有效降低谐波含量。传统的两电平逆变器在工作过程中会产生较大的开关损耗和谐波损耗，影响系统的转换效率。而三电平逆变器具有更多的电平选择，可以实现更精确的控制，减少开关损耗和谐波损耗，从而提高系统的整体效率。三电平逆变器在光伏系统中的应用具有明显的优势，它能够有效降低谐波、提高系统的效率和适应性，同时降低系统的损耗。这些优势使得三电平逆变器成为光伏系统中首选的逆变器类型，为光伏发电的可靠性、经济性和可持续性发挥了重要作用。

2、三电平并网逆变器存在固定的中点电位平衡问题，中点电位平衡控制的目标是确保逆变器的输出电压对称，以降低谐波含量和改善电网连接质量。然而，中点电位平衡控制常用的零序分量注入会导致逆变器输出电压中存在三倍基频的谐波分量，直流侧中点与电网中性点无连接的三电平逆变器会导致共模电压中也存在三倍基频的低频谐波分量，低频共模电压可能对系统中的设备产生不良影响，带来电磁干扰、人身安全以及电网稳定性问题。通常，由于共模电压未设置电压传感器，现今共模电压的抑制方法通常是优化调制策略进行高频共模电压的抑制，低频共模电压通常被忽略。

3、综上所述，在实际并网逆变器中，为了达到抑制无传感器的低频共模电压的效果，本发明提供一种闭环式三电平并网逆变器低频共模电压抑制方法势在必行，一方面通过思想进化算法改进的bp神经网络算法预测低频共模电压，另一方面利用闭环式低频共模电压反馈至控制环路实现其有效抑制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供了一种闭环式三电平并网逆变器低频共模电压抑制方法，可以降低额外传感器的需求，有效抑制低频共模电压，解决了实际并网逆变器无传感器的低频共模电压抑制问题。

2、作为本发明的第一个方面，提供一种闭环式三电平并网逆变器低频共模电压抑制方法，所述闭环式三电平并网逆变器低频共模电压抑制方法包括：

3、步骤s1：建立含有低频共模电压的逆变器交流侧数学模型；

4、步骤s2：根据所述逆变器交流侧数学模型，利用思想进化算法对bp神经网络进行优化；

5、步骤s3：利用优化后的bp神经网络对三电平并网逆变器的低频共模电压进行预测；

6、步骤s4：将预测出的低频共模电压反馈至三电平并网逆变器的控制环路，以实现低频共模电压的闭环抑制。

7、进一步地，所述建立含有低频共模电压的逆变器交流侧数学模型中，还包括：

8、步骤s11：当三电平并网逆变器为t型三电平并网逆变器时，所述t型三电平并网逆变器中交流侧滤波器是lc型，udc为直流侧电压，ca1和ca2是直流侧电容，uca1和uca2分别表示ca1的电压值和ca2的电压值，lx和cfx是lc滤波器的构成部分，ix表示lx的x相电流，ex表示x相电网电压；其中，x＝a,b,c；

9、步骤s12：根据基尔霍夫电压定律，得到逆变器交流侧数学模型为公式(1)：

10、

11、式中，uxo是x相的逆变器对点o的输出电压；uno是电网中性点n和直流侧中点o之间的低频共模电压；

12、步骤s13：根据逆变器的输出电压uxo计算出低频共模电压uno，如下公式(2)：

13、

14、进一步地，所述根据所述逆变器交流侧数学模型，利用思想进化算法对bp神经网络进行优化，还包括：

15、根据所述逆变器交流侧数学模型产生训练集；

16、确定bp神经网络的拓扑结构；

17、利用思想进化算法获取所述bp神经网络的最优初始权重参数和最优初始偏置参数；

18、根据所述训练集对所述bp神经网络进行训练，以得到优化后的bp神经网络。

19、进一步地，所述利用思想进化算法获取所述bp神经网络的最优初始权重参数和最优初始偏置参数中，还包括：

20、(1)随机生成个体，检索出最优个体；

21、(2)在个体周围建立新的子种群，获得优胜子种群和临时子种群；

22、(3)各子种群在成熟前都进行趋同操作；

23、(4)待子种群成熟后，将得分公布在全局公告栏上，进行子种群异化操作，完成优胜子种群和临时子种群的替代、放弃和个体释放，异化后确保临时子种群的数量；

24、(5)对上述步骤进行重复，最优者的得分最高，获得全局最优子种群和参与的全局最优个体；

25、(6)根据最优个体获取所述bp神经网络的最优初始权重参数和最优初始偏置参数。

26、进一步地，所述确定bp神经网络的拓扑结构，还包括：

27、假定所述bp神经网络有三个层级，分别为输入层、隐含层和输出层，所述bp神经网络输入的维数为9，即所述输入层中神经元的数量为9；所述隐含层中神经元的数量分别为m1，m2，…，m9，输出维数为1；设置所述bp神经网络的输入向量为uin＝[uxo,ix,ex]t，输出为低频共模电压uno。

28、进一步地，所述根据所述训练集对所述bp神经网络进行训练，以得到优化后的bp神经网络，还包括：

29、(1)所述训练集表示为：

30、

31、其中，m是所述训练集中训练数据的数量；

32、(2)训练所述bp神经网络

33、首先，将所述训练集中处理好的输入向量uin和输出变量uno输入给所述bp神经网络，以建立输入向量uin和输出变量uno之间的映射关系；假设n和m分别是输入层和隐含层的神经元数量，对于第一个隐含层，输入向量对应的输出为公式(3)：

34、

35、式中，w1和b1分别是权重参数和偏置参数；fh是第一个隐含层的激活函数；

36、以相同的方式获得：对于第二个隐含层，输入向量对应的输出对于第三个隐含层，输入向量对应的输出

37、对于输出层，第k个输入向量对应的输出ok为公式(4)：

38、

39、式中，w4和b4分别是权重参数和偏置参数；fo是输出层的激活函数；

40、所述bp神经网络训练的目标是最小化网络输出ok和之间的差异，因此，所述bp神经网络的损失函数表示为公式(5)：

41、

42、所述bp神经网络选取训练数据，通过不断地训练学习，不断更新所述bp神经网络的权重参数和偏置参数，直到将所有的训练数据全部训练完毕，以得到优化后的bp神经网络。

43、进一步地，所述将预测出的低频共模电压反馈至三电平并网逆变器的控制环路，以实现低频共模电压的闭环抑制，还包括：

44、利用预测出的低频共模电压，对其开发闭环式的抑制方案，低频共模电压的导致是由于三电平并网逆变器的中点电位平衡控制所注入的三次谐波，因此低频共模电压的频率集中在三倍基波频率，可用准比例谐振控制器对其进行控制，谐振频率选取为三倍基波频率。

45、本发明提供的一种闭环式三电平并网逆变器低频共模电压抑制方法具有以下优点：通过思想进化算法优化传统bp神经网络算法相关参数的设计过程，提高bp神经网络算法的搜索时间，实现低频共模电压的精准预测，再利用预测出的低频共模电压反馈至控制环路，实现低频共模电压的有效抑制。