基于优化思想的锁相环实现方法、介质及装置 |
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| 申请号 | CN202410044230.1 | 申请日 | 2024-01-11 | 公开(公告)号 | CN117937610A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 四川航电微能源有限公司; | 发明人 | 邓亨; 韩鹤光; 任会平; 郑尧; 唐德炜; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种基于优化思想的 锁 相环实现方法、介质及装置，所述方法包括：步骤一：采集锁相目标 电压 ，提取正序电压；步骤二：建立优化问题： 相位 θ为何值时，无功分量近似于0；并基于提取的正序电压设置适应度函数；步骤三：采用元启发式 算法 寻优化问题中相位θ的最优解；步骤四：将相位θ的最优解对应到(0,2π)之间，得到最终相位结果。本发明采用优化的思想取代传统的PI调节器，首先避免了PI调节器的参数整定环节，其次采用元启发式算法解决提出的优化问题，可实现比PI调节器更快的锁相速度，理论上每更新一次正序分量的值就能得到准确的相位，而PI调节器在输入变化时需要根据连续多次 采样 结果才能使锁相误差达到0附近。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于优化思想的锁相环实现方法，其特征在于，包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 基于优化思想的锁相环实现方法、介质及装置技术领域背景技术[0002] 在储能变流器控制中，为实现其网侧有功和无功功率的控制，需要动态的获取电网电压相位，这就需要采用锁相环对电网电压进行锁相，此外，在多设备并机的时候，也需要对目标对象进行锁相。随着能源结构升级，非理想电网环境如三相不平衡、相位突变、电压跌落、频率变化等更加常见，因此对锁相环提出了更高的性能要求。 [0003] 为了提高软件锁相环的锁相准确度和快速响应，目前主要的锁相方案有以下： [0004] 1、单同步坐标系软件锁相环(SSRF‑SPLL)。利用估计出的相位信息对三相电网电压进行同步坐标旋转变换得到电压矢量的无功分量，并对无功分量进行PI调节，使其为0时估算相位等于实际相位，完成锁相，该锁相方案能有效的适用于电网电压平衡的场景，且其动态及稳态响应性能较好，而电网电压不平衡时，由于负序电压的存在，锁相结果存在较大的二次谐波，无法满足应用。 [0005] 2、基于对称分量法的单同步坐标系软件锁相环。该锁相首先通过对称分量法将三相不平衡电压中的正序分解出来，将正序分量作为方案1的输入实现锁相。该锁相环方案能抑制负序分量导致的2次谐波，然而锁相环中采用了全通滤波器，由于滤波器参数无法改变，当电网频率变化时，不能准确的得到电网相位。 [0006] 3、基于双同步坐标系的解耦软件锁相环(DDSRF‑SPLL)。针对三相不平衡电压，采用正负序的双同步坐标系结构，实现解耦，从而完成锁相，该方案在电网电压不平衡时具备较好的动态性能，有良好的电网适应性。 [0007] 4、基于双二阶广义积分器的软件锁相环(DSOGI_PLL)。该方案通过积分器的自适应滤波实现正序电压的检测，该方法能在电网电压不平衡时获得准确的相位，有良好的电网适应性。 [0008] 综上，目前面对复杂的电网环境要实现准确快速的相位锁定，有两个关键点，一个是响应快速的PI调节器，一个是正序电压提取。兼顾锁相响应速度和锁相性能的PI调节器需要设置适当的Kp、Ki参数，该参数的确定不仅需要耗费设计和调试时间，在不同的使用场合下参数可能还需要重新调整。 发明内容[0009] 本发明旨在提供一种基于优化思想的锁相环实现方法、介质及装置，以解决上述PI调节器锁相存在的问题。 [0010] 本发明提供的一种基于优化思想的锁相环实现方法，包括如下步骤： [0011] 步骤一：采集锁相目标电压，提取正序电压； [0012] 步骤二：建立优化问题：相位θ为何值时，无功分量近似于0；并基于提取的正序电压设置适应度函数； [0014] 步骤四：将相位θ的最优解对应到(0,2π)之间，得到最终相位结果。 [0015] 进一步的，步骤二中，设置相位θ的解约束范围为(0,2π)。 [0016] 进一步的，步骤二中，设置适应度函数为： [0017] fitness(θ)＝|Uq|÷(|Uq|+|Ud|)； [0018] 其中，|Uq|为正序电压在dq旋转坐标系下无功分量绝对值，|Ud|为正序电压在dq旋转坐标系下有功分量绝对值，适应度函数的输入为相位θ，有功分量和无功分量根据步骤一提取的正序电压结合输入的相位θ做Park变换得到。 [0019] 进一步的，步骤二中，对于适应度的计算还需要设置：当有功分量大于0时，适应度值按照适应度函数正常计算；当有功分量小于0时，适应度值直接设定为1。 [0020] 进一步的，步骤三中，所述元启发式算法包括粒子群算法或差分进化算法。 [0021] 进一步的，步骤四中，将相位θ的最优解对应到(0,2π)之间的操作如下： [0022] θ＝mod(x,2π)； [0023] 其中，θ为最终相位结果，x表示采用元启发式算法寻优化问题中相位的最优解，mod为求余符号。 [0024] 进一步的，步骤四中还包括：记录最终相位结果对应的有功分量和无功分量，用于控制计算。 [0025] 本发明还提供一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行上述的基于优化思想的锁相环实现方法。 [0026] 本发明还提供一种计算装置，包括： [0027] 至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的基于优化思想的锁相环实现方法。 [0028] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是： [0029] 本发明采用优化的思想取代传统的PI调节器，首先避免了PI调节器的参数整定环节，其次采用元启发式算法解决提出的优化问题，可实现比PI调节器更快的锁相速度，理论上每更新一次正序分量的值就能得到准确的相位，而PI调节器在输入变化时需要根据连续多次采样结果才能使锁相误差达到0附近。附图说明 [0030] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。 [0031] 图1为本发明实施例中基于优化思想的锁相环实现方法的流程图。 具体实施方式[0032] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。 [0033] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0034] 实施例 [0035] 如图1所示，本实施例提出一种基于优化思想的锁相环实现方法，包括如下步骤： [0036] 步骤一：采集锁相目标电压，提取正序电压；可以采用延时法或双二阶广义积分法实现α·β静止坐标系下正序电压和负序电压提取，本发明中仅需要使用正序电压。 [0037] 步骤二：建立优化问题：相位θ为何值时，正序电压在dq旋转坐标系下的无功分量近似于0。并作如下设置： [0038] (1)解约束范围为(0,2π)； [0039] (2)对于解的准确度评价，设置适应度函数为： [0040] fitness(θ)＝|Uq|÷(|Uq|+|Ud|)； [0041] 其中，|Uq|为正序电压在dq旋转坐标系下无功分量绝对值，|Ud|为正序电压在dq旋转坐标系下有功分量绝对值，适应度函数的输入为相位θ，有功分量和无功分量根据步骤一提取的正序电压结合输入的相位θ做Park变换得到。 [0042] (3)与正确相位相差正负180°，也满足适应度值趋近0，因此增加下述处理，避免找到错误最优解： [0043] 当Ud>0，fitness＝fitness(θ)； [0044] 当Ud<0，fitness＝1； [0045] 即当有功分量大于0时，适应度值按照适应度函数正常计算；当有功分量小于0时，适应度值直接设定为1。 [0046] 步骤三：采用元启发式算法寻优化问题中相位θ的最优解。所述元启发式算法可以采用以下实现，例如： [0047] (1)粒子群算法： [0048] (a1)初始化，在解约束范围内随机生成50个粒子(数量可以根据实际情况自由设定)，每个粒子的位置为x，且随机赋予一个初速度v； [0049] (a2)根据适应度函数找到50个粒子中适应度最小的粒子为全局最优粒子的位置Gx，同时将各自的最小值设为个人最优粒子的位置Px； [0050] (a3)按下式迭代： [0051] v＝w·v+c1·rand·(Px‑x)+c2·rand·(Gx‑x)； [0052] x＝x+v； [0053] 每次迭代后按步骤(a2)更新粒子群的全局最优粒子的位置Gx和个人最优粒子的位置Px； [0054] (a4)适应度足够小或迭代数到一定次数，停止迭代，输出全局最优粒子的位置作为相位θ的最优解。 [0055] (2)差分进化算法： [0056] (a1)初始化，在解约束范围内随机生成50个个体(数量可以根据实际情况自由设定)，每个个体的值为x； [0057] (a2)选取除自身外的任意两个个体和自身产生变异，如下式： [0058] x1＝x1+F·(x2‑x3)； [0059] 其中，F为缩放因子，本实施例中F＝0.5； [0060] (a3)比较每个个体变异前后的适应度值，保留适应度值更小的个体作为最新一代个体； [0061] (a4)全局最佳适应度足够小或迭代数到一定次数后停止迭代，输出全局最优个体的值作为相位θ的最优解。 [0062] 特别地，所述元启发式算法还可以采用其他算法，并不以上述两种算法限定。 [0063] 步骤四：将相位θ的最优解对应到(0,2π)之间，操作如下： [0064] θ＝mod(x,2π)； [0065] 其中，θ为最终相位结果，x表示采用元启发式算法寻优化问题中相位的最优解，mod为求余符号。同时也记录最终相位结果对应的有功分量和无功分量，用于控制计算。 [0066] 此外，在一些实施例中，提出一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行如前文实施例所述的基于优化思想的锁相环实现方法。计算机存储介质的示例包括磁性存储介质(例如，软盘、硬盘等)、光学记录介质(例如，CD‑ROM、DVD等)或存储器，如存储卡、ROM或RAM等。计算机存储介质也可以分布在网络连接的计算机系统上，例如是应用程序的商店。 [0067] 此外，在一些实施例中，提出一种计算装置，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如前文实施例所述的基于优化思想的锁相环实现方法。计算装置的示例包括PC机、平板电脑、智能手机或PDA等。 [0068] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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