本公開內(nèi)容屬于柔性直流牽引供電系統(tǒng)雙向變流器，更具體地，涉及一種基于多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法的柔性直流牽引雙向變流器直流側(cè)電壓保護方法。

背景技術(shù)：

1、柔性直流牽引供電系統(tǒng)因其高效、節(jié)能等優(yōu)勢在城市軌道交通中得到廣泛應(yīng)用。雙向變流器作為該系統(tǒng)的核心設(shè)備，承擔(dān)著功率傳遞和直流電壓調(diào)制的功能，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。傳統(tǒng)的直流牽引供電系統(tǒng)存在電壓控制困難、動態(tài)響應(yīng)速度慢等問題，特別是在負(fù)載功率動態(tài)變化和頻繁啟停的情況下，對雙向變流器的直流電壓控制提出了更高的要求?，F(xiàn)有技術(shù)多依賴于精確的模型參數(shù)，對外部擾動和系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)變化的適應(yīng)性不足，導(dǎo)致在實際應(yīng)用中效果受限。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種柔性直流牽引雙向變流器直流側(cè)電壓保護方法，以提高系統(tǒng)的電壓控制精度和動態(tài)響應(yīng)速度，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時減少對精確模型參數(shù)的依賴，提高算法的適應(yīng)性和魯棒性。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種柔性直流牽引雙向變流器直流側(cè)電壓保護方法，該方法包括以下步驟：

4、步驟s1：計算變流器對電網(wǎng)低壓側(cè)等效電抗；

5、步驟s2：建立牽引和回饋工況下雙向變流器直流側(cè)電壓保護的多目標(biāo)優(yōu)化模型；

6、步驟s3：設(shè)定直流側(cè)電壓保護優(yōu)化模型中的變量約束條件；

7、步驟s4：根據(jù)步驟s3設(shè)定的變量約束條件，采用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法求解柔性直流牽引雙向變流器直流側(cè)電壓保護目標(biāo)函數(shù)當(dāng)前一組最優(yōu)解；

8、步驟s5：將最優(yōu)粒子信息進行傳遞形成新一代粒子信息，判斷當(dāng)前粒子是否達到收斂條件，若達到收斂條件則求解滿足當(dāng)前系統(tǒng)直流側(cè)電壓保護目標(biāo)的pareto最優(yōu)解并輸出，否則更新最優(yōu)粒子信息至符合收斂條件。

9、進一步，柔性直流牽引系統(tǒng)變壓器采用三繞組結(jié)構(gòu)，額定變比為35：0.9，35kv電壓偏差±10%，35kv電壓繞組連接電網(wǎng)，0.9kv電壓繞組連接變流器，另一0.9kv電壓繞組連接濾波器。

10、進一步，所述步驟s1中變流器對電網(wǎng)低壓側(cè)等效電抗計算具體包括：

11、步驟s1.1：對變壓器星接等效電抗進行計算，變壓器自漏抗和互漏抗的關(guān)系如下：

12、；

13、其中， z 1為電網(wǎng)側(cè)繞組的自漏抗， z 2為變流器側(cè)繞組的自漏抗， z 3為濾波器側(cè)繞組的自漏抗， z 12為電網(wǎng)側(cè)繞組和變流器側(cè)繞組的互漏抗， z 13為電網(wǎng)側(cè)繞組和濾波器側(cè)繞組的互漏抗， z 23為變流器側(cè)繞組和濾波器側(cè)繞組的互漏抗；

14、忽略內(nèi)阻影響，則有：

15、；

16、其中， x 1為變壓器電網(wǎng)側(cè)等效電抗， x 2為變壓器變流器側(cè)等效電抗， x 3為變壓器濾波器側(cè)等效電抗；

17、步驟s1.2：根據(jù)變壓器容量 s、變壓器繞組匝數(shù)比 k、變壓器電網(wǎng)側(cè)電壓頻率 f與變壓器電網(wǎng)側(cè)等效電抗 x 1、變壓器變流器側(cè)等效電抗 x 2分別計算電網(wǎng)側(cè)等效電抗有名值 l g和變流器側(cè)等效電抗有名值 l l，電網(wǎng)側(cè)等效電抗有名值 l g由下式計算得到：

18、；

19、變流器側(cè)等效電抗有名值 l l由下式計算得到：

20、；

21、根據(jù)閥組交流電抗 l ac和閥組個數(shù) h由下式計算閥組等效電抗 l f：

22、；

23、根據(jù)系統(tǒng)阻抗 l sr由下式計算系統(tǒng)等效電抗 l s：

24、；

25、變流器對電網(wǎng)低壓側(cè)等效電抗 l根據(jù)下式計算得到：

26、。

27、進一步，所述步驟s2中牽引和回饋工況下雙向變流器直流側(cè)電壓保護的多目標(biāo)優(yōu)化模型包含牽引工況和回饋工況下直流電壓與總輸出功率的關(guān)系、控保裝置故障消抖時間和供電可靠性三個目標(biāo)函數(shù)，具體如下：

28、牽引工況和回饋工況下直流側(cè)電壓與總輸出功率的關(guān)系為第一目標(biāo)函數(shù) f 1，得出直流側(cè)電壓保護的最小值 v dcmin：

29、；

30、式中： m為閥組控制spwm調(diào)制比， v min表示逆變器交流側(cè)最小電壓， e表示變壓器變流器側(cè)繞組低壓側(cè)電壓， v l表示閥組交流電抗器兩端電壓，為變壓器變流器側(cè)繞組低壓側(cè)角頻率， i表示逆變器交流側(cè)電流， p表示總輸出功率；

31、控保裝置故障消抖時間為第二目標(biāo)函數(shù) f 2，計算各種錯誤故障信號中的最大值，得出控保裝置故障消抖最小時間tkbmin，第二目標(biāo)函數(shù) f 2由下式所示：

32、；

33、式中： q為控保程序故障消抖時間影響元素個數(shù)， t 1~ t q分別為各影響元素具體延遲時間；

34、供電可靠性為第三目標(biāo)函數(shù) f 3，需要對控保裝置錯誤動作概率進行計算并降到最低：

35、；

36、式中：表示控保裝置錯誤動作造成的閥組閉鎖個數(shù)，表示控保裝置失效或誤動的概率，n表示站內(nèi)所設(shè)的變流器數(shù)量。

37、進一步，所述步驟s3中直流側(cè)電壓保護優(yōu)化模型中的變量約束條件具體包括：

38、約束條件1：直流側(cè)電壓 v dc的上下限約束；

39、；

40、式中：和表示直流電壓整定最小值和最大值；

41、約束條件2：控保程序故障消抖時間 t kb的約束條件；

42、；

43、式中：表示電壓變送器響應(yīng)時間；表示光纖總長度，為光的傳播速度，取3×108m/s。

44、進一步，所述步驟s4中求解柔性直流牽引雙向變流器直流側(cè)電壓保護目標(biāo)函數(shù)當(dāng)前一組最優(yōu)解具體過程包括：

45、步驟s4.1:?在系統(tǒng)的可行域中初始化粒子群中的粒子，假設(shè)是微粒的當(dāng)前位置，使其盡量遍歷整個求解域，并賦予每個粒子不同的初始速度，假設(shè)是微粒的當(dāng)前飛行速度；

46、步驟s4.2：計算粒子歷史最好位置和全局最好位置和，基于粒子群優(yōu)化算法的進化方程如下：

47、；

48、；

49、式中：表示迭代代數(shù)，表示粒子的維度，表示微粒的歷史最好位置，是當(dāng)前粒子群搜索到的最優(yōu)位置，也稱為全局最好位置，為個人認(rèn)知學(xué)習(xí)因子、為社會學(xué)習(xí)因子，和通常取值在0?~?2之間，和是在[0,1]上的兩個相互獨立的隨機數(shù)，使粒子可以在每次進化時都做相應(yīng)的改變。

50、進一步，所述步驟s5具體過程包括：

51、步驟s5.1：將最優(yōu)粒子的位置信息傳遞給其他粒子，使其向最優(yōu)粒子學(xué)習(xí)并靠近；

52、步驟s5.2：粒子更新后根據(jù)基于粒子群優(yōu)化算法的進化方程形成新一代的和；

53、步驟s5.3：判斷粒子是否滿足終止條件：是否達到迭代次數(shù)且是否符合約束條件，當(dāng)滿足終止條件時，求解當(dāng)前系統(tǒng)pareto最優(yōu)解并輸出，否則返回步驟s4重新更新粒子的位置和速度并相應(yīng)計算。

54、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

55、本發(fā)明中多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法因其在處理復(fù)雜優(yōu)化問題時的有效性而被提出用于改善雙向變流器的控制策略，通過建立包含電壓-功率關(guān)系、故障消抖時間和供電可靠性的多目標(biāo)優(yōu)化模型，實現(xiàn)了對系統(tǒng)運行狀態(tài)的全方位優(yōu)化。該算法遍歷整個求解域，可以有效地防止搜索過程收斂于局部最優(yōu)，對目標(biāo)函數(shù)沒有要求，應(yīng)用范圍較廣；通過引入個體最優(yōu)和群體最優(yōu)的雙重引導(dǎo)機制，使優(yōu)化過程兼具方向性和目的性，根據(jù)設(shè)好的進化參數(shù)有選擇性的向著更優(yōu)的方向發(fā)展，而非盲目地窮舉或完全隨機搜索，極大的節(jié)約了運算時間和運算次數(shù)；可以通過大規(guī)模并行計算來提高計算速度，收斂速度快，設(shè)置參數(shù)少，收斂速度快，具有較強的魯棒性。本發(fā)明提供的柔性直流牽引系統(tǒng)直流側(cè)電壓保護方法具有良好的適應(yīng)性和靈活性，實現(xiàn)了對直流側(cè)電壓的多目標(biāo)優(yōu)化保護，同時提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整后可擴展應(yīng)用于新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)等多個領(lǐng)域，展現(xiàn)了良好的推廣應(yīng)用前景。