一种基于自适应约束优化的三相并网逆变器鲁棒控制方法

摘要

本发明公开一种基于自适应约束优化的三相并网逆变器鲁棒控制方法，本发明通过机理分析法和坐标变换法建立三相并网逆变器的dq坐标系下的数学模型，设计功率控制器和电流鲁棒控制器分别实现功率外环与电流内环控制，采用鲁棒稳定性能与抑制干扰性能这两个鲁棒性能指标的无穷范数、电流跟踪误差平方值的加权叠加值作为评估控制性能的优化目标函数，将鲁棒稳定性能和抑制干扰性能均小于1作为约束条件，并设计一种自适应约束优化求解器高效地实现电流鲁棒控制器多参数的优化整定。采用本发明，三相并网逆变器输出的并网电流波形具有更低的总谐波畸变率和更强的鲁棒性等控制性能。

主权项

一种基于自适应约束优化的三相并网逆变器鲁棒控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)通过机理分析法和坐标变换法建立三相并网逆变器的dq坐标系下的数学模型及功率外环与电流内环的双闭环控制模型，并设置自适应约束优化求解器的参数值(包括最大迭代优化次数I_max和种群规模NP)；(2)随机产生一个实数编码的初始种群P＝{S_j＝(U‑L)*rj+L,j＝1,2,…,NP}，其中第j个个体S_j＝[K_pdj,K_idj,K_fdj,T_fdj,K_pqj,K_iqj,K_fqj,T_fqj]，在此K_pdj与K_idj分别表示电流鲁棒控制器C_I(s)在d轴坐标下的比例系数和积分系数，K_fdj与T_fdj分别表示电流鲁棒控制器d轴坐标下的滤波比例系数和惯性系数，K_pqj与K_iqj分别表示电流鲁棒控制器q轴坐标下的比例和积分系数，K_fqj与T_fqj分别表示电流鲁棒控制器q轴坐标下的滤波比例系数和惯性系数，U与L分别表示电流鲁棒控制器优化变量上限和下限，rj表示在0到1范围内产生的均匀分布随机数。电流鲁棒控制器C_I(s)的传递函数模型如下：$C_I\left(s\right)=\left[\begin{array}{cc}{K}_{pd}+\frac{K_{id}}{s}+\frac{K_{fd}}{T_{fd}s+1}& 0\\ 0& K_{pq}+\frac{K_{iq}}{s}+\frac{K_{fq}}{T_{fq}s+1}\end{array}\right]---\left(1\right)$(3)按照式(2)～(3)计算种群P中所有个体的约束违反量G(S_j)，并计算种群P的可行解比率f_r＝N_f/NP，其中N_f为可行解的数量。其中${G_k}^{\max }=\underset{j=1,...,NP}{\max }\left(G_k\right(S_j\left)\right),k=1,...,p---\left(3\right)$其中p为约束条件的数量。(4)计算种群P中每个个体的适应度值F(S_j)，j＝1,2,…,NP，具体计算过程如下：若f_r＝0，则种群P中个体的适应度值为F(S_j)＝G(S_j)；若f_r＝1，则F(S_j)＝J(S_j)，其中J(S_j)表示第j个个体的控制性能指标；若0<f_r<1，则按照式(4)～(7)计算出F(S_j)：F(S_j)＝F_n(S_j)+G_n(S_j)                             (4)$F_n\left(S_j\right)=\frac{f\left(S_j\right)-min\left\{f\left(S_j\right)\right\}}{max\left\{f\left(S_j\right)\right\}-min\left\{f\left(S_j\right)\right\}},j=1,...,NP---\left(5\right)$其中S_b和S_w表示不可行解集合中最好和最差的个体。(5)按照升序对种群P中所有个体的适应度值{F(S_j)，j＝1,2,…,NP}进行排序，将适应度值最大的个体标记为S_m，将适应度值最小的个体标记为S_best，并将当前最好的适应值F_best设置为F_best＝F(S_best)＝min{F(S_j),j＝1,2,…,NP}；(6)按照式(8)～(9)产生新的个体S_new，无条件地接受S_m＝S_new；$S_{new}=S_{best}+\lambda ·(S_{r_1}-S_{r_2})---\left(8\right)$$S_{new}\left(i\right)=\left\{\begin{array}{c}L\left(i\right),if{S}_{new}\left(i\right)<L\left(i\right)\\ U\left(i\right),if{S}_{new}\left(i\right)>U\left(i\right)\end{array}\right.,i=1,2,...,8---\left(9\right)$其中r₁和r₂表示从1到NP范围内随机产生的个体序号值，且r₁≠r₂，r₁和r₂也同时与S_m个体对应的序号不等；λ表示变异调节系数，通常取0.3～0.9范围内产生的均匀随机数；S_new(i)表示个体S_new第i个优化变量，L(i)与U(i)分别表示第i个优化变量对应的下限值和上限值。(7)重复步骤(3)～(6)直到满足预先设定的最大迭代优化次数I_max终止条件；(8)输出最佳适应度值F_best和对应的电流鲁棒控制器优化参数S_best，将其传输至三相并网逆变器电流鲁棒控制器中，通过示波器获得三相并网逆变器的输出电压和电流波形及其对应的总谐波畸变率。