PWM整流器参数的多目标分层优化策略.pdf

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1、l000化工自动化及仪表第40卷PWM整流器参数的多目标分层优化策略杜明星魏克新杜吉飞(天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津300384)摘要针对变流器的参数整定问题，提出将单位功率因数、总谐波失真及绝缘栅双极型晶体管损耗等指标综合考虑的多目标优化策略，将系统参数分为3层，在满足上层条件的情况下确定下层参数的变化范围，其中对第二层参数运用评价函数法进行遗传算法优化，使各目标协调收敛并得出最优解，其所得结果与所选权重系数有关。最后通过实验验证了该方法的实用性。关键词变流器参数整定多目标优化评价函数遗传算法权重系

2、数中图分类号TM46文献标识码A文章编号1000-3932(2013)08．1000-04随着对三相变流器系统的研究，使其各类指标得以优化，包括网侧功率因数、输出电压的稳定性和快速性、功率密度、器件损耗及双向传输电能的能力等。由于各控制目标是相互制约的关系，凭借经验综合考虑各目标所得的有效解往往不是策划者最想要的。为此，笔者提出多目标优化方法，综合考虑系统各参数对各目标的影响，并根据各参数的变化因素、关联程度和与各目标的紧密度，将系统分为3层，由上到下确定各层的参数值⋯。遗传算法在求解多目标问题上取得了很好的应用效果

3、心’31，在变流系统领域也取得了较好的效果H1。在此，将各目标函数用线性加权法转化为单目标函数，再采用遗传算法优化。但由于各参数的变化区域相差很大，因而各目标输出值域变化也很大，输出范围很大的个体性状会有极强的适应度，进而排挤具有其他优良基因的个体，使大量种族灭绝。为此，对各目标函数作进一步处理，使所有参数都能向着各目标协调逼近。大多数情况下，不同性质目标的单位不同，优化前各目标权重分配的效用函数难以确知，权系数分配带有很大的主观随机性。在工程中。有时需要提供多个非劣解以便决策者做出合理的最终选择一1。但笔者得出的数

4、学模型的所有解都是非支配的，即在改进任何目标函数的同时，必然会削弱至少一个其他目标函数的解。为明晰权系数与各目标间的关系，通过对各系数优化出的不同非支配解的方式进行仿真，进而了解各系数的影响变化形式，以便决策者通过这种变化趋势设计影响系数。1参数的分层方法PWM整流器的控制目标是稳定直流侧电压，减少网侧谐波，使其达到单位功率因数。在此，抛弃内环和外环的诸多控制方法，综合分析各参数间的关系。为使功率因数接近“1”，首先严格规定直流侧参数，如果设计不当会使交流侧的指令电流发生畸变或相移，这时交流侧电流跟踪性能再好也无法达

5、到满意效果。同样，如果网侧电流跟踪不好，直流侧参数设计得再标准，其电压也会产生很大畸变。所以直流侧和交流侧参数是相互制约的，各参数的选择区域也是相互制约的。为此，将所有参数划分为3层：第一层为给定直流电压和负载；第二层为电感和开关或采样周期；第三层为直流电容值。只有在上层参数确定时，才能划分下层参数的有效区域，进而在各自的变化区域内都能达到单位功率因数的要求。第一层要满足额定条件，第二层属优化过程，第三层为系统完善阶段。笔者着重介绍第二层的优化过程。收稿日期：2013-05-07基金项目：国家自然科学基金资助项目(5

6、0977063)；天津市科技支撵计划重点项目(09ZCKFGX01800)；天津理工大学育苗基金资助项目(LGYM201103)第8期杜明星等．PWM整流器参数的多目标分层优化策略10012目标函数2．1总谐波含量中的总谐波失真最小各参数在设定区域内，在满足单位功率因数的基本前提下，总谐波失真(TotalHarmonicDis．tortion，THD)是影响整流器性能的主要因素，其值可由文献[5]的定义得到。考虑到谐波电流与整流器交流侧电感￡成反比，与开关周期r成正比，因而THD与T／L等效。故求THD最小等价于求T

7、／L最小。2．2绝缘栅双极型晶体管总损耗最小笔者所述系统采用绝缘栅双极型晶体管(In-sulatedGateBipolarTransistor，IGBT)模块作为功率器件，其总损耗Ph。主要包括通态损耗P。。。和开关损耗P。“。h。根据文献[6]，Pk。=0．065／,+坠丝掣+o．3475，由于功率因数p的变化范围及其系数都相对较小，此处忽略不计，则P。。。。一生丝掣+o．3475，相当于求1／r的最小值。2．3电感值尽量小由于电感的造价和体积与其值成比例，即K。札=3k。L。其中k。为单位价格因子，而且L减小，可

8、以增强电流跟踪的快速性。3约束条件对于L，由文献[7，8]可得：等出等r+丽E．RLVd。2Ai5㈩——————————■—一