一种直流配电网的变换器级别失稳防御方法
技术领域
本发明涉及直流配电网
技术领域
，具体是一种采用融合模糊逻辑控制 的改进型模拟退火算法和自适应型虚拟阻抗技术失稳防御方法。背景技术
随着光伏、风能等新能源的利用越来越多，以及汽车、照明等直流负 载的日益增多，直流配电网的负载愈发复杂。尽管系统中每个变换器在单 独设计和检测时是稳定的，但它们实际组成直流配电系统运行时，却会因 为不同变换器之间的不匹配而诱发整个系统的振荡乃至失稳。这种不稳定 往往是由于负载变换器输入负阻特性导致与源系统频率特性产生交截导 致的。
目前，常用的方法为在负阻交截频率处并联虚拟阻抗，改变该频率范 围内的负阻特性。但是，由于常见的配电网系统接入多个负载，母线中含 有噪声，导致实际谐波幅值-频率曲线为多极值曲线，因此需要一种快速 的全局寻优算法来寻找所求负阻交截频率。
公开号为112670992 A的专利文件“含能量路由器的配电网稳定性 分析和失稳校正方法及系统”，采用的失稳校正方法是：在主电网控制器 中，采用主电网输出侧并联虚拟电阻，改善主电网的输出阻抗且不影响负 载的运行特性。该专利针对的是含能量路由器的配电网。
发明内容
针对如上所述，本发明提出一种直接根据母线数据信息实时监测直流 配电系统稳定性的方法，包括：
一种采用融合模糊逻辑控制的改进型模拟退火算法和自适应型虚拟 阻抗技术的变换器级别失稳防御方法，所述方法包括：
以经典模拟退火法作为框架，寻找引起变换器失稳的交截频率。所寻 交截频率表现为谐波幅值-频率曲线的全局最低点所在频率；
本方法对于基础模拟退火的改进可以分为三部分：在选择初始点时采 用Hilbert频谱解析得到主导谐波频率点，以此作为模拟退火算法的初始 值；通过基于神经网络化的模糊逻辑控制器在模拟退火算法的迭代过程中 生成频率新解和新温度；通过“三电平”变步长法来快速跳出模拟退火算 法低温时的反复迭代过程。
在搜寻到的负阻交截频率处，将负载变换器的输入阻抗由原来的负阻 改变成正阻，来对系统进行失稳防御。
所搜寻交截频率表现为变换器中设置的虚拟阻抗遍历全频率域时，系 统谐波幅值最低点。
所使用基础模拟退火框架，主要包括随机生成初始频率点，人工设置 初始温度和每步温度更新步长和邻域范围；在当前频率点邻域随机选取新 点，若新点系统谐波幅值更小，则采用新点，若新点系统谐波幅值更高， 则采用Metropolis接受准则以概率接受更差频率解；更新温度；反复迭代 直至达到温度设定值或迭代次数设定值。
所改进的Hilbert频谱解析得初始点包括：对系统信号进行Hilbert频 谱解析；读取系统震荡的主导谐波频率点；将虚拟阻抗设置在相应的频率 点上，并记录相应的谐波幅值；选择其中谐波幅值最小的主导谐波频率点 作为初始点。
所改进的基于神经网络化的模糊逻辑控制器在模拟退火算法的迭代 过程中生成频率新解和新温度包括：邻域生成模糊神经网络Q1，温度生 成模糊神经网络Q2,其中Q1输入为当前谐波幅值、谐波幅值变化值以及 温度更新值，Q1输出为邻域大小，Q2输入为当前谐波幅值、谐波幅值变 化值，Q2输出为温度更新步长。
可选的，训练以上两种神经网络可以采用强化训练的方式，为了让模 拟退火算法更快速更准确的进入收敛，以收敛速度和准确度作为奖惩标准 反复训练。其中框架设计采用模糊逻辑的方式，模糊化、模糊推理和去模 糊化。
其应用过程为：在接受新频率解时，记录当前谐波幅值、谐波幅值变 化值输入Q2神经网络，生成温度更新步长；根据温度更新步长和当前温 度得到温度更新值，与当前谐波幅值、谐波幅值变化值输入Q1神经网络， 生成得到新领域大小。之后继续进行模拟退火的迭代判断过程。
“三电平”变步长法跳出迭代包括：在迭代次数达到设定阈值后，采 用更小的自适应步长更新频率点，同时只接受更优解不接受差解，即传统 的扰动观察法寻优方法；在扰动寻优过程中，若观察到新解-当前解的幅 值变化与当前解-前一解的谐波幅值小于设定阈值时，重复在当前解附近 寻找点，若皆满足上述条件，则锁定当前解作为负阻交截频率。
附图说明
图1为实施例的改进模拟退火法和自适应虚拟阻抗的变换器级实时防 御方法示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许 多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例 是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分 传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是 对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的 技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典 限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应 该被理解为理想化的或过于正式的意义。
下面结合实施例对本发明进行进一步说明：
本发明方法，如图1所示，包括：
S1.检测到失稳发生后先使用Hilbert频谱解析得到初始点，同时根据 初始设定确定初始邻域和初始温度。
S2.代入系统中，得到初始频率点虚拟阻抗作用下，母线的谐波幅值。
S3.在邻域中随机选取频率新解，并代入系统，得到新频率点虚拟阻 抗作用下，母线的谐波幅值。
S4.比较新解和原解的母线谐波幅值是否下降，若幅值下降，则采用 新解，若幅值未下降，则采用Metropolis接受准则，概率接受新解。
S5.判断是否到达基本迭代次数，若达到则进入三电平判定S6，若不 满足则正常生成新解,步骤S7。
S6.判断是否满足三电平检测的终止条件，若满足则锁定当前频率结 束循环，若不满足则继续生成新解步骤S7，并重置三电平迭代次数。
S7.通过邻域生成模糊神经网络Q1，温度生成模糊神经网络Q2生成 新解的邻域和温度值。
S8.重复S3～S7.直至“三电平”法锁定频率。
S9.在搜寻到的负阻交截频率处，将负载变换器的输入阻抗特性由原 来的负阻特性改变成正阻特性，来对系统进行失稳防御。
步骤S1.使用Hilbert频谱解析得到初始点步骤包括：
S11.使用Hilbert信号频谱分析
S12.读取系统震荡的主导谐波频率点；
S13.将虚拟阻抗设置在相应的频率点上，并记录母线相应的谐波幅值；
S14.选择其中谐波幅值最小的主导谐波频率点作为初始点。
步骤S4.使用Metropolis接受准则，具体步骤为
S41.计算接受概率p
其中，△VT为母线谐波幅值变化量
S42.随机生成或者人工设定阈值q
S43.比较p与q大小关系，若p大于q，则接受新解，若p小于等于 q，则保留原解。
步骤S6使用三电平判断是否锁定频率，结束循环，具体步骤为：
S61.将进入三电平判定时的当前频率解作为初始点，并设定自适应步 长系数k(k值设定让三电平步长小于模拟退火步长)并计算初始步长 △f＝△Vr*k
S62.计算新点f’＝△f+f，并代入虚拟阻抗中，得到新解母线谐波幅值。
S63.比较新解和原解的母线谐波幅值是否下降，若幅值下降，则采用 新解，若幅值未下降，则向相反方向变化频率。另外，观察母线谐波幅值 变化幅度是否大于阈值，若大于阈值则退出三电平判定，重置迭代次数， 回到模拟退火法。
S64.重复S62～S63直至发现当前解-前一解的母线谐波幅值变化量 △Vr(△Vr<0)与新解-当前解的母线谐波幅值变化量△Vr’(△Vr’>0)，差值小 于阈值VrT，即
|DVr-DVr′|＜VrT (2)
其中，VrT的设定考虑本身曲线形状设计，为一个靠近0的小量。
S67.保留当前解大小,并重复在当前解左右两侧取△f＝△f’的对称点2 次，若对称点皆满足式(2)要求,则锁定当前频率，若不满足，则回到S63。
步骤S7使用邻域生成模糊神经网络Q1，温度生成模糊神经网络Q2 生成新解的邻域和温度值，其中训练神经网络Q1、Q2可采用强化训练， 以寻优速度和精度作为奖惩判据。框架设计采用模糊逻辑的方式，模糊化、 模糊推理和去模糊化。具体应用过程包括：
S71.将当前母线谐波幅值和母线谐波幅值变化量输入Q2，得到温度变 化量。
S72.计算得到新温度值
S73.将新温度值、当前母线谐波幅值和母线谐波幅值变化量输入Q1， 得到新邻域解。
本发明具有独创性，有助于提高直流配电网运行稳定性，具有较大的 工程应用价值和推广前景。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、 或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施 例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个 或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不 限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的 形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向 对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程 序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现 流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图 中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、 专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一 个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令 产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多 个方框中指定的功能的装置
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处 理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读 存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一 个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些 计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在 计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处 理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图 一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的 步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知 了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所 附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更 和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不 脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申 请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
