基于改进的模拟退火粒子群优化QPR控制的电力弹簧控制方法

本发明涉及电力弹簧控制，尤其涉及一种基于改进的模拟退火粒子群优化qpr控制的电力弹簧控制方法。

背景技术：

1、新能源发电技术以其可持续性与清洁性，成为解决全球能源需求与环境治理问题的重要手段。但伴随新能源发电工程的日益扩张，由气候等因素造成功率输出的不稳定性、间歇性问题，为新能源电能的高效利用带来困扰，主要表现在以下几个方面：难以预测、难以控制、难以调度、系统波动。对大电网而言，因其结构庞大、能量容量高的特性，故此具有一定电压波动的调节能力，对适当比例的新能源发电系统具有较强融合性。然而在微电网中，因其结构简单、能量容量小的特性使其不具备较好的自我调节能力，当新能源系统大量并入其中时会造成微网系统严重电压波动问题。为了解决该问题，许树源教授及其团队首次提出“电力弹簧”的概念，将机械弹簧理论对偶到电力系统中，通过控制电力弹簧将系统的电能波动转移到非关键负载上，实现分布式发电微电网用电端电能需求随发电端电能供给变化而变化，使得分布式发电微电网面对电能波动时具有“弹性”效果，实现对电压波动、功率不匹配问题的抑制能力。

2、传统的比例积分(pi)控制器结构简单，设计方便且稳定性良好。当被控对象的数学模型精确建立后，只要经过严密的推导计算就可得到符合目标的参数kp和ki，pi控制器就可以实现控制的效果。可是pi控制器存在固有缺点，它的动态响应时间与超调量的技术指标难以达到预期的目标。而电力弹簧es又是一个非线性结构，pi控制器的调节效果就更难达到预期的目标。对于不同的控制对象就要设计不同的pi参数，这就会导致pi控制器的控制效果下降。而pr(比例谐振)控制器带宽窄、相角裕度小，用于电力弹黄控制器时动态调节效果不佳，难以实现电力弹簧稳定电压的快速性和稳定性。因此，如何设计控制策略，能更快速、无超调的跟踪关键性负载电压的设定值，增强电力弹簧的鲁棒性和适应性，提高电力弹簧的抗干扰的能力是当前需要解决的问题。

技术实现思路

1、技术目的：针对现有技术中pi控制器的不足，本发明公开了一种基于改进的模拟退火粒子群优化qpr控制的电力弹簧控制方法。

2、技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

3、本发明公开了一种基于改进的模拟退火粒子群优化qpr控制的电力弹簧控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1、对电力弹簧进行数学系统建模，求解出s域下的关键负载电压us(s)；

5、步骤2、根据电力弹簧的相量模型求解得到关键负载的参考电压的相角θ和关键负载电压滞后电网电压的角度值δ，进而调制关键负载的参考电压us-ref；

6、步骤3、构建电力弹簧的双闭环控制系统结构，用qpr控制器对关键电压外环进行控制、p控制器对电感电流内环进行调节；

7、步骤4、对qpr控制器的比例系数kp、谐振系数kr和截止频率ωc引入改进的模拟退火粒子群算法，得到整定后的比例系数kp、谐振系数kr和截止频率ωc；

8、步骤5、调制出逆变电路的开关信号，控制电力弹簧产生稳定关键负载的补偿电压。

9、有益效果：本发明采用准比例谐振控制器(qpr)控制关键电压作为外环、p控制器控制电感电流作为内环，在此基础上采用改进的模拟退火粒子群算法来确定合适的qpr控制器参数，从而提高系统的稳态精度。qpr控制器不仅解决了pi控制器无法实现对交流信号的无静差跟踪的缺点，还通过增加截止频率ωc的参数整定，解决了pr控制器带宽窄、相角裕度小的缺点，不仅有着高增益、无静差跟踪的优点，而且增加了系统带宽，这样就克服了电网电压的频率发生偏移时产生的不利影响。而融合粒子群和模拟退火的模拟退火粒子群算法，引入了模拟退火的概率突跳的思想，克服了粒子群算法早熟收敛的弊端，提升了算法的整体性能，除此以外，对于惯性权重的设置也进行了改进，提高了算法的效率，也提高了电力弹簧控制系统的动态性能。

技术特征：

1.一种基于改进的模拟退火粒子群优化qpr控制的电力弹簧控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于改进的模拟退火粒子群优化qpr控制的电力弹簧控制方法，其特征在于：步骤1中s域下的关键负载电压us(s)的计算公式包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于改进的模拟退火粒子群优化qpr控制的电力弹簧控制方法，其特征在于：步骤1中关键负载的参考电压的相角θ和关键负载电压滞后电网电压的角度值δ的计算公式包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于改进的模拟退火粒子群优化qpr控制的电力弹簧控制方法，其特征在于：步骤3中qpr控制器的传递函数为：

5.根据权利要求1所述的一种基于改进的模拟退火粒子群优化qpr控制的电力弹簧控制方法，其特征在于：步骤4中改进的模拟退火粒子群算法得到整定后的比例系数kp、谐振系数kr和截止频率ωc包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种基于改进的模拟退火粒子群优化qpr控制的电力弹簧控制方法，其特征在于：当前温度t下各pid的退火算法适应度fsa(pid)计算公式包括：

7.根据权利要求5所述的一种基于改进的模拟退火粒子群优化qpr控制的电力弹簧控制方法，其特征在于：itae值计算公式包括：

8.根据权利要求5所述的一种基于改进的模拟退火粒子群优化qpr控制的电力弹簧控制方法，其特征在于：惯性权重λ采用递减权重的方法进行调整，其计算公式包括：

9.根据权利要求1所述的一种基于改进的模拟退火粒子群优化qpr控制的电力弹簧控制方法，步骤5中逆变器的开关信号调制方法为spwm调制，在电网电压发生波动时，通过调节电力弹簧，使得电力弹簧的输出电压ues滞后或超前电力弹簧电流相位90°，让电力弹簧提供容性或感性无功使关键负载电值us稳定，此时电力弹簧的输出电压ues即为补偿电压，电力弹簧的输出电压ues的计算公式为：

技术总结本发明公开了一种基于改进的模拟退火粒子群优化QPR控制的电力弹簧控制方法，包括：对电力弹簧进行数学系统建模，求解出s域下的关键负载电压，根据电力弹簧的相量模型求解得到关键负载的参考电压的相角和关键负载电压滞后电网电压的角度值，进而调制关键负载的参考电压；构建电力弹簧的双闭环控制系统结构，用QPR控制器对关键电压外环进行控制、P控制器对电感电流内环进行调节；调制出逆变电路的开关信号，控制电力弹簧产生稳定关键负载的补偿电压。本发明采用QPR控制关键电压作为外环、P控制器控制电感电流作为内环，在此基础上采用改进的模拟退火粒子群算法来确定合适的QPR控制器参数，从而提高系统的稳态精度。技术研发人员：王红艳,封颖蓉,颛孙晨曦,丁振威受保护的技术使用者：南京工程学院技术研发日：技术公布日：2024/9/2