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专利号: 2025107336469
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于熵权多目标粒子群优化的三相整流系统控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,收集三相整流控制系统的电网历史运行数据并进行预处理,所述电网历史运行数据包括直流母线电压、电流和功率动态响应时间,并对数据进行预处理,所述预处理包括数据清洗、归一化处理和数据顺序重排;

步骤2,建立控制器参数与系统性能指标的映射关系,所述控制器参数包括外环和内环的PI参数kp1,ki1,kp2,ki2,kp3,ki3,所述性能指标包括建立时间ST、超调量OV和稳态误差SSE;

步骤3,初始化多目标粒子群优化算法,设定粒子群规模、迭代次数及惯性权重,通过非支配排序筛选Pareto解集,并更新个体最优与群体最优解;

步骤4,采用熵权法修正的TOPSIS方法对Pareto解集进行综合评价;

步骤5,将最优解集对应的参数应用于三相整流控制系统,所述多目标粒子群优化算法通过动态调整惯性权重与学习因子,实现电压跟踪和动态响应优化;

步骤2中,所述控制器参数的取值范围为[0.0001, 50],且所述性能指标的计算方法为:步骤2‑1,在多目标粒子群优化算法中,每个粒子代表控制器参数的一个候选解,粒子的位置和速度在参数空间中迭代更新,通过模拟群体智能行为逼近Pareto最优解集;将控制器参数代入三相整流控制系统的仿真模型中,记录电压动态响应曲线;

步骤2‑2,计算性能指标:

从响应数据中提取以下指标:

建立时间ST计算公式为:

其中  是t时刻瞬态电压,  是稳态值, 为稳态保持时间阈值;

超调量OV计算公式为:

稳态误差SSE计算公式为:

其中len 是时间向量 t 的长度;Ns 是一个输入参数;

步骤3包括:

步骤3‑1,初始化粒子群:

设定参数,包括:粒子数量、最大迭代次数、学习因子 C1、C2,和惯性权重 ;

粒子编码:每个粒子位置 Xi=[kp1,ki1,kp2,ki2,kp3,ki3],PI控制器参数范围为[0.0001, 50],速度 Vi 初始化为随机值;

步骤3‑2,计算性能指标,并进行外部存档初始化;

根据步骤2的方法计算每个粒子的指标值ST、OV、SSE;

外部存档:将Pareto解集初始化为空集,通过非支配排序筛选当前种群中的非支配解,并存入存档;

步骤3‑3,更新个体最优pbest与群体最优gbest;

步骤3‑4,速度与位置更新;

步骤3‑5,维护外部存档:

非支配解筛选:合并当前种群与存档,通过快速非支配排序筛选新一代非支配解;

拥挤度剪枝:如果存档大小超过阈值,采用拥挤度距离排序,保留分布均匀的解;

步骤3‑6,终止条件判断:当达到最大迭代次数  时终止算法;

步骤5包括:

外环直流电压控制:通过比较实际直流电压 和目标电压 , 由 PI 调节器生成目标电流 ,进一步作为内环电流控制的输入;

内环电流控制:采用直轴电流参考值 和实际直轴电流 的误差、交轴电流参考值 和实际交轴电流 的误差作为输入,通过独立的PI控制器生成直轴电压参考值 和交轴电压参考值 ;

通过坐标变换和SPWM调制生成驱动信号,动态调整开关器件。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1中,所述预处理还包括:剔除超出预设阈值范围的异常数据,并将数据归一化至[0,1]区间。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤4包括如下步骤:步骤4‑1,将Pareto解集的数据列成数据矩阵,并将矩阵正向化,得到正向矩阵X;

步骤4‑2,将正向化矩阵标准化:正向矩阵X为:,

其中n为pareto解集的个数,m为性能指标个数, 表示正向矩阵X中第n行第m列的元素,将正向矩阵X标准化的矩阵记为Z,Z中的每一个元素表示为:,

其中 表示矩阵Z中第i行第j列的元素;j取值为1 m;

~

步骤4‑3,计算得分并归一化:矩阵Z表示为:

定义最大值 : 表示矩阵Z第m列的最大元素;

定义最小值 :

表示矩阵Z第m列的最小元素;

定义第i个Parato解集与最大值的距离 为:,

其中 表示矩阵Z第j列的最大元素;

定义第i个Parato解集与最小值的距离 为:,

其中 表示矩阵Z第j列的最小元素;

得出第i个Parato解集未归一化的得分 :,

其中 ;

将得分 归一化: ,其中 ; 表示归一化后的得分;

步骤4‑4,构建约束函数;

约束函数F定义为:

其中fi是第i个性能指标参数, 、 、 和 是权重系数,f1为输出电压的跟踪速度指标;f2为输出电压静态误差;f3为输出电压超调量;

步骤4‑5,利用熵权法对TOPSIS方法修正,包括如下步骤:步骤4‑5‑1,标准化矩阵构建与修正;

步骤4‑5‑2,计算信息熵和权重;

步骤4‑6,根据步骤4‑5寻找到的最优解的参数组合,代入到实际系统中进行验证,分析各指标的达成情况。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤4‑5‑1包括如下步骤:步骤4‑5‑1‑1,将Pareto解集构建为正向化矩阵X,正向化矩阵X中每一个元素 表示第i个解的第j个性能指标值;

步骤4‑5‑1‑2,判断输入的正向矩阵X中是否存在负数,如果有则要重新标准化到非负区间,对于矩阵Z,判断矩阵Z中是否存在负数,如果存在则对正向矩阵X使用另一种标准化方法,得到非负矩阵 ,所述另一种标准化方法的公式为:,

其中 表示非负矩阵 中第i行第j列的元素。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤4‑5‑2包括如下步骤:步骤4‑5‑2‑1,基于标准化矩阵Z,计算概率矩阵P,P中第i行第j列元素 的计算公式为:,

其中 ;

步骤4‑5‑2‑2,计算每个指标的信息熵,并计算信息效用值,并归一化得到每个指标的熵权,第j个指标的信息熵 的计算公式为:;

步骤4‑5‑2‑3,确定信息效用值 ,并归一化得到第j个指标的熵权 :,

步骤4‑5‑3,TOPSIS综合评价:将熵权带入到TOPSIS方法中,从Pareto解集中选取到一组最优解。

6.一种电子设备,其特征在于,包括处理器和存储器,所述存储器存储有程序代码,当所述程序代码被所述处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。

7.一种存储介质,其特征在于,存储有计算机程序或指令,当所述计算机程序或指令在计算机上运行时,执行如权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。