Стабильность выходной мощности распределенных фотоэлектрических (ФЭ) систем подвержена влиянию помех, таких как изменения интенсивности освещения и резкие колебания температуры, что приводит к снижению качества электроэнергии. Активный фильтр гармоник (AHF) , являясь основным устройством подавления гармоник и оптимизации мощности, напрямую определяет надежность подключения фотоэлектрических систем к сети. В данной статье рассматривается применение AHF в распределенном фотоэлектрическом энергоснабжении. Подробно описывается инновационная стратегия, объединяющая нейронную сеть RBF и систему активного подавления помех (ADRC), а также демонстрируется, как AHF преодолевает ограничения традиционного управления, обеспечивая эффективную защиту от помех и низкий уровень гармоник на выходе, обеспечивая техническую поддержку стабильной работы фотоэлектрических систем.
I. AHF: «Защитник качества электроэнергии» распределенных фотоэлектрических систем
Распределенные фотоэлектрические системы сталкиваются с проблемами больших колебаний выходной мощности и высокого уровня гармонических искажений из-за помех, вызванных окружающей средой. Благодаря гибкому управлению и точным характеристикам компенсации, AHF стал ключом к решению этой проблемы:
1. Основная роль AHF: подавление гармоник и стабилизация напряжения
Функция AHF динамически вводит обратный гармонический ток для компенсации гармонических искажений, генерируемых фотоэлектрическими системами, путем отслеживания формы тока сети в режиме реального времени, одновременно стабилизируя напряжение шины постоянного тока. В фотоэлектрических системах AHF используется в линии передачи, что позволяет решить такие проблемы, как искажение тока и скачки напряжения, вызванные резкими изменениями освещенности/температуры, гарантируя соответствие потребляемой мощности национальным стандартам. Данные, полученные в рамках проекта фотоэлектрической системы, показывают, что без AHF коэффициент гармонических искажений тока достигает 8,3%; после включения AHF коэффициент искажений падает до менее 1,4%.
2. Недостатки традиционного контроля: ограниченная эффективность AHF
Традиционные системы управления гармоническими составляющими (AHF) в основном используют ПИ-регулирование или управление в скользящем режиме. Тем не менее, в условиях сложных помех в фотоэлектрических системах существуют очевидные недостатки: ПИ-регулирование обладает слабой помехоустойчивостью, а переходное напряжение, вероятно, превышает 7 В; управление в скользящем режиме характеризуется слабой переходной характеристикой и недостаточной точностью подавления гармоник. Эти недостатки не позволяют AHF в полной мере реализовать свой потенциал, сдерживая повышение качества электроэнергии в фотоэлектрических системах.
3. Необходимость инновационного управления: раскрытие полной производительности AHF
Для адаптации к динамическим условиям работы фотоэлектрических систем необходимо разработать более интеллектуальную стратегию управления AHF . Схема, объединяющая нейронную сеть RBF и ADRC, позволяет AHF оптимизировать параметры в режиме реального времени и точно компенсировать помехи, что не только повышает помехоустойчивость, но и гарантирует качество электроэнергии в переходных и стационарных режимах, делая AHF «надёжной опорой» для фотоэлектрических систем.
II. Инновационная стратегия управления AHF: логика проектирования замкнутого контура активного подавления помех RBF
Стратегия управления замкнутым контуром с активным подавлением помех RBF AHF создает полносвязную точную систему управления посредством математического моделирования, преобразования Парка, разработки ядра ADRC и оптимизации параметров RBF:
1. Математическое моделирование AHF: закладываем основу для управления
Трёхфазная структура AHF включает индуктивность фильтра, сопротивление и коммутационные трубки. Её математическая модель должна отражать корреляцию между напряжением, током и состояниями переключения. Анализируя логику проводимости коммутационных трубок, устанавливается трёхфазное динамическое уравнение AHF , проясняющее взаимосвязь между напряжением, током и напряжением шины постоянного тока, обеспечивая теоретическую поддержку для последующего проектирования стратегий управления. Одновременно с этим преобразование Парка используется для преобразования трёхфазных величин переменного тока в двухфазные величины постоянного тока, что упрощает модель управления и облегчает достижение точного регулирования AHF .
2. Основа активного подавления помех: улучшение способности AHF противостоять помехам
Система активного подавления помех (ADRC) обеспечивает стабильное управление системой, оценивая и компенсируя системные помехи в режиме реального времени с помощью линейного расширенного наблюдателя состояний (LESO) и линейной обратной связи по ошибкам (LSEF), что значительно повышает помехоустойчивость AHF . Модуль ADRC AHF способен быстро реагировать на световые и температурные помехи фотоэлектрических систем, контролируя переходное напряжение шины постоянного тока в пределах 3 В, что значительно лучше традиционного управления более чем 5 В. Основная логика заключается в следующем: благодаря скоординированной настройке полосы наблюдения и полосы управления, AHF может компенсировать влияние помех в режиме реального времени и поддерживать стабильную выходную мощность.
3. Оптимизация нейронной сети RBF: раскрытие переходных характеристик AHF
Длярешения проблемы ограничения фиксированных параметров в ADRC, была введена нейронная сеть RBF, которая позволяет адаптивно оптимизировать полосу пропускания наблюдения и полосу управления AHF . Благодаря совместной работе входного, скрытого и выходного слоёв, нейронная сеть RBF изменяет параметры управления AHF в режиме реального времени: после 60 итераций погрешность настройки параметров может быть снижена до 2%, что гарантирует поддержание оптимальной производительности AHF во время переходных процессов. Эта динамическая оптимизация позволяет AHF справляться с гармониками в установившемся режиме и противостоять внезапным возмущениям, полностью адаптируясь к сложным условиям эксплуатации фотоэлектрических систем.
4. Процесс управления с обратной связью: полнозвенная рабочая логика AHF
Процесс управления с обратной связью, основанный на активном подавлении помех RBF в системе AHF , понятен и эффективен: сначала собираются сигналы напряжения и тока фотоэлектрической системы, затем формируется модель постоянного тока с помощью трёхфазного моделирования AHF и преобразования Парка; затем используется LESO для наблюдения за помехами и LSEF для генерации управляющих сигналов; наконец, оптимизируются параметры полосы пропускания с помощью нейронной сети RBF и выдаются точные управляющие команды для управления работой AHF . Весь процесс реализует замкнутый цикл «обнаружение-моделирование-компенсация помех-оптимизация параметров», синхронно повышая точность управления и помехоустойчивость AHF .
III. Экспериментальная проверка: преимущества инновационной стратегии AHF
Для проверки эффективности стратегии была создана модель AHF фотоэлектрической системы на платформе Matlab/Simulink, а также проведены сравнительные испытания с традиционным ПИ-регулированием и управлением в скользящем режиме. Основные результаты следующие:
1. Защита от помех: значительное снижение переходного напряжения
При внезапном изменении интенсивности света и температуры переходное значение напряжения шины постоянного тока AHF при ПИ-регулировании превышает 7 В, 5 В при скользящем режиме управления и всего лишь 2,3 В при активном подавлении помех RBF, что намного ниже порога безопасности в 3 В, что эффективно предотвращает влияние колебаний напряжения на фотоэлектрическую систему.
2. Подавление гармоник: уровень искажений снижен до ведущего в отрасли уровня
При
испытании коэффициента гармонических искажений тока, подключенного к сети, коэффициент искажений при традиционных стратегиях управления составляет не менее 3,6%, тогда как после того, как AHF принимает инновационную стратегию, коэффициент искажений постепенно снижается с первоначальных 3,61% до 1,4%, что полностью соответствует строгим требованиям к подключению к сети фотоэлектрических систем и значительно превышает средний уровень по отрасли.
3. Стабильность: надежная долгосрочная эксплуатационная эффективность
72-часовое непрерывное испытание показало, что благодаря инновационной стратегии
AHF обеспечивает стабильную форму выходного тока, а колебания напряжения шины постоянного тока контролируются в пределах ±2 В без аварийного отключения, что демонстрирует высокую эксплуатационную стабильность и надежность.
IV. Сценарии применения и практическая ценность инновационной стратегии AHF
1. Распределенные фотоэлектрические электростанции: обеспечение надежности подключения к сети
На крупных распределенных фотоэлектрических электростанциях инновационная стратегия управления AHF позволяет справляться с масштабными изменениями освещенности, обеспечивать качество электроэнергии при параллельной работе нескольких фотоэлектрических инверторов, снижать влияние гармоник, связанных с сетью, на электросеть и повышать пропускную способность электростанции.
2. Промышленные и коммерческие фотоэлектрические системы на крышах: адаптация к условиям сложной нагрузки
Промышленные и коммерческие фотоэлектрические системы, устанавливаемые на крышах зданий, часто сосуществуют с нелинейными нагрузками, что приводит к более серьёзному гармоническому загрязнению. Благодаря точному подавлению гармоник и стабилизации напряжения, технология AHF позволяет избежать наложения гармоник выходного сигнала фотоэлектрической системы и нагрузки, обеспечить безопасную работу оборудования, оптимизировать коэффициент мощности и снизить штрафы за электроэнергию.
3. Фотоэлектрические системы в отдаленных районах: защита от экстремальных воздействий окружающей среды
Фотоэлектрические системы в отдалённых районах уязвимы к воздействию экстремальных погодных условий, таких как сильные дожди и песчаные бури. Высокая помехоустойчивость AHF может обеспечить непрерывность электроснабжения, обеспечить стабильное питание для ключевых объектов, таких как базовые станции связи и сельские электросети, а также расширить область применения фотоэлектрических систем.
V. Заключение: Инновации в управлении AHF способствуют повышению качества фотоэлектрической энергии
Будучи ключевым средством оптимизации для распределённых фотоэлектрических систем, инновационная стратегия управления AHF (активный фильтр гармоник) напрямую способствует повышению качества фотоэлектрической энергии. Схема, объединяющая нейронную сеть RBF и ADRC, позволяет AHF преодолеть традиционные ограничения, достигая тройного преимущества: «высокая помехоустойчивость, низкий уровень гармоник и стабильное напряжение», и обеспечивая надёжную гарантию подключения к крупномасштабной сети распределённых фотоэлектрических систем.
В будущем, благодаря интеграции широкозонной полупроводниковой технологии и алгоритмов искусственного интеллекта, AHF-системы смогут добиться дальнейшей миниатюризации и интеллектуальной модернизации, адаптируясь к более разнообразным сценариям применения фотоэлектрических систем. Если ваш фотоэлектрический проект сталкивается с такими проблемами, как колебания выходной мощности и чрезмерные гармоники, пожалуйста, сообщите нам о мощности системы, уровне напряжения в сети и основных проблемах. Компания HengRong Electric CO., LTD. разработает индивидуальное решение AHF на основе инновационной стратегии управления, чтобы обеспечить эффективную, стабильную и экологичную работу вашей фотоэлектрической системы!