基于PSO-PI算法的孤岛微电网LCL滤波器与控制器参数协同优化设计

本文针对孤岛微电网中电压源变流器(VSC)的LCL滤波器和控制器参数优化难题，提出了一种创新性的粒子群优化-比例积分(PSO-PI)协同设计方法。研究团队通过SIMULINK在线优化框架动态调谐参数，实现了61.8%的调节时间缩减和51.3%的超调量降低，同时满足IEEE-519谐波标准。该研究为提升微电网动态响应和稳定性提供了新思路。

　　

在可再生能源占比不断提升的能源格局下，孤岛微电网的稳定运行面临严峻挑战。电压源变流器(VSC)作为微电网核心设备，其LCL滤波器参数与控制器增益的匹配直接影响系统动态性能和电能质量。传统设计方法存在参数固化、谐波抑制不足等问题，特别是在应对负载突变、故障等扰动时表现欠佳。

为突破这一技术瓶颈，国内研究团队在《Array》发表创新成果，提出将粒子群优化算法(PSO)与比例积分(PI)控制相结合的协同优化策略。研究通过建立包含并联无源阻尼的数学模型，在SIMULINK环境中构建动态优化框架，实现了滤波器参数与控制器参数的同步优化。

关键技术方法包括：1) 建立VSC-LCL系统状态空间模型；2) 设计基于PSO的多目标优化函数；3) 在SIMULINK中实现在线参数调谐；4) 采用并联电阻-电容(R_d-C_f)无源阻尼结构；5) 通过时域分析验证系统稳定性。

【系统建模与优化框架】
研究首先建立了包含串联/并联阻尼的LCL滤波器传递函数模型，推导出谐振频率ω_res=√((L_f+L_c)/(L_fL_cC_f))。通过对比分析，选择并联阻尼方案实现60dB/decade的衰减特性，同时降低功率损耗。

【PSO-PI参数优化】
将电流环时间常数τ_i设为开关周期的4-10倍，电压环相位裕度?_m设为30°-75°。PSO算法以THD最小化和动态响应最优为目标，自动寻优得到k_pc/k_ic和k_pv/k_iv参数组合，突破传统试错法的局限。

【性能验证】
仿真显示优化后的系统在负载阶跃变化时，调节时间缩短61.8%，超调量降低51.3%。THD从4.2%降至1.8%，完全满足IEEE-519对35次以上谐波<0.3%的严苛要求。多VSC并联实验证实了功率均分精度提升42%。

该研究创新性地将智能算法嵌入仿真环境，实现了参数设计的"仿真-优化-验证"闭环。提出的μ=L_c/L_f=1设计准则，在保证60dB/decade衰减率的同时最小化了元件体积。成果为高比例新能源接入下的微电网稳定控制提供了重要技术支撑，特别适用于海岛、边远地区等孤岛供电场景。未来可进一步探索PSO与其他智能算法的融合应用，以应对更复杂的多时间尺度控制挑战。