[发明专利]用于兆瓦级逆变系统的极值优化自整定数字PID控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子系统智能控制技术，具体涉及一种用于兆瓦级逆变系统的极值优化自整定数字PID控制方法。

背景技术

逆变是电力电子领域最基本的能量转换方式之一，完成此功能的系统称为逆变系统。现代逆变技术是研究现代逆变系统理论和实用设计的一门科学，是建立在半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术等诸多学科基础之上的实用技术。逆变系统已经广泛应用于电力系统、新能源、船舶岸电、消防应急供电、不间断供电等国家重要行业。总体上，小功率逆变技术非常成熟，但兆瓦级逆变系统已有的研究开发主要集中在主电路的设计和实现方面，还存在控制、散热、串并联、抗干扰等技术难题亟待学术界和工程界解决。

目前，工业界应用于兆瓦级逆变系统的最为有效和可靠控制方法仍然主要为PID控制，尤其是PI控制。PID控制概念明晰，实现简单，鲁棒性强，是工程实际中应用最广的一类控制方法。兆瓦级逆变系统的PID控制原理是结合参考正弦波的前馈控制与输出电压误差的PID控制，达到改善输出波形的质量，提高逆变系统的动态响应性能的目的。姜桂宾、裴云庆和王兆安等[A Novel Control Strategy for Sinusoidal Wave Inverter with PI Regulators and Capacitor Current Feedback．Academic Journal of Xi’an Jiaotong University,2003,15(1):20-24]提出一种基于电容电流反馈正弦逆变电源PI控制；Rech,Pinheiro等人[Analysis and design of a repetitive predictive-PID controller for PWM inverters.IEEE Power Electr.Spec.Conf.Rec..America：IEEE,2001,2531-2537]结合重复控制，提出了一种重复PID控制，用于弥补逆变系统的动态性能。但以上研发都仅仅针对中小功率的逆变器，并且都无法实现PID控制器参数的自动在线整定。兆瓦级逆变系统PID控制方法的最核心技术之一为PID控制器参数的整定。但是，目前工业界主要采用基于经验规则的工程整定方法，通常很难整定出使兆瓦级逆变系统达到最佳运行性能的PID控制器参数。此外，一旦被控对象或运行工况发生变化，现有基于经验规则的工程整定方法也很难实时在线调整PID控制参数，无法保证兆瓦级逆变系统安全可靠运行。即使是Mishra,Tiwari,Sharma等人[Novel optimization technique for PI controller parameters of ac/dc PWM converter usinggenetic algorithms,International Journal of Power Electronics and Drive System,2012,2(2):151～159]新近提出的基于遗传算法的PWM逆变器PI参数整定优化方法，仍旧存在遗传算法中可调参数过多、设计和实施复杂、优化效率低下等缺点。

发明内容

针对现有兆瓦级逆变系统PID控制策略存在的缺陷，本发明提供一种用于兆瓦级逆变系统的极值优化自整定数字PID控制方法，可以实时在线整定和优化数字PID控制器参数，保证兆瓦级逆变系统安全可靠运行且达到最佳运行性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于兆瓦级逆变系统的极值优化自整定数字PID控制方法，该方法为通过数据采集和初始化设置模块将兆瓦级逆变系统的模型输入、系统误差信号和可调参数初始值作为数字PID控制器输入；通过二进制编码操作将PID控制器控制参数K_p、K_i和K_d编码成二进制序列，再通过二进制编码极值优化求解器对二进制序列进行迭代优化，直到满足工程设计人员预先设定的终止条件，从而自动整定出最优的二进制序列，通过二进制解码转化为PID控制器最优控制参数K_p、K_i和K_d，并将上述最优控制参数K_p、K_i和K_d传输至兆瓦级逆变系统实现实时在线的优化控制。

该方法的具体实施步骤如下：

步骤1：数据采集与初始化设置模块：采集兆瓦级逆变系统模型输入、控制系统误差等各类信号，并对二进制编码极值优化方法参数（包括优化时间、幂律概率分布可调参数等）进行初始化设置。