一种Buck-Boost中频逆变主电路参数优选方法

本技术涉及直流稳压电源的，尤其是涉及一种buck-boost中频逆变主电路参数优选方法。

背景技术：

1、针对目前低纹波高稳定度直流稳压电源存在结构复杂、体积大等不足，相关技术提出了一种由三相pwm整流电路、三相交错并联的buck-boost中频逆变电路及三相桥式不可控整流电路组成的直流稳压电源拓扑结构；而在不同的输出频率下，buck-boost中频逆变电路需对其主电路参数作相应的优化调整，否则会造成其输出电压谐波大、输出电压稳态误差大等问题。

2、相关技术公开了一种在不同额定频率下计算bbmc主电路参数的优选方法以实现不同的输出频率下的主电路参数，但该方法只适用于bbmc输出频率在400hz及以下的低频范围，对于上述的buck-boost中频逆变电路的低纹波可调直流稳压电源(输出电压频率必须达到1khz及以上)而言，上述一种在不同额定频率下计算bbmc主电路参数的优选方法并不适用，因此，需要改进buck-boost中频逆变电路的主电路参数优化调整方法。

技术实现思路

1、为了设计适用于buck-boost中频逆变电路的主电路参数优化调整的方法，本技术提供了一种buck-boost中频逆变主电路参数优选方法。

2、本技术的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种buck-boost中频逆变主电路参数优选方法，包括步骤：

4、s10：建立预设的优化对象和预设的优化目标间的数学模型；其中，优化对象为三相交错并联的buck-boost中频逆变电路的主电路参数，优化目标包括buck-boost中频逆变电路的实际输出电压uo与其预设的参考输出电压un间的偏差值δu，以及buck-boost中频逆变电路的实际输出电压uo的谐波失真度thd；

5、s20：基于所建立的优化对象和优化目标间的数学模型，使用加权和法建立对应的多目标优化模型；

6、s30：取任一中频频率作为buck-boost中频逆变电路的额定输出频率，采用蛇优化算法对buck-boost中频逆变电路的主电路参数进行优化，得到一组最优主电路参数；

7、s40：按预设的间隔依次改变buck-boost中频逆变电路的额定输出频率，获得n组最优主电路参数；

8、s50：将所获得的n组最优主电路参数据与进行数值拟合，得到三相交错并联buck-boost中频逆变电路的最优主电路参数与其额定输出频率间的拟合函数关系式。

9、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤s10中，优化对象为三相交错并联的buck-boost中频逆变电路的桥臂电感l和电容c。

10、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤s10包括如下步骤：

11、s11：取三相交错并联buck-boost中频逆变电路的任一相，建立其状态微分方程：

12、

13、式中：c、l和r分别为buck-boost中频逆变电路的桥臂电容、桥臂电感及负载电阻，uc为电容电压，il为电感电流，d为逆变电路中功率开关的占空比，udc为逆变电路输入侧直流电压；

14、s12：取三相交错并联buck-boost中频逆变电路中电容电压uc的交流分量作为该中频逆变电路的实际输出电压uo，求解步骤s11中所建立的状态微分方程，实际输出电压uo的解析表达式为：

15、式中：t为中频逆变电路运行的某一时刻；

16、s13：计算实际输出电压uo电与参考输出电压un的偏差值δu为：

17、

18、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤s10还包括如下步骤：

19、s14：buck-boost中频逆变电路的实际输出电压uo的谐波失真度thd计算公式为：

20、

21、式中：y1＝sin(2πd)；z1＝cos(2πd)；ts为功率开关的开关周期。

22、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤s20的具体步骤如下：

23、s21：创建目标函数f1(l,c)以计算实际输出电压uo与参考输出电压un间的偏差值δu的最小值，

24、

25、s22：创建目标函数f2(l,c)以计算实际输出电压uo的谐波失真度thd的最小值，

26、

27、s23：创建偏差值δu和实际输出电压uo的谐波失真度thd的约束函数为：

28、

29、式中：g1(l,c)、g2(l,c)分别为输出电压偏差的约束函数和输出电压谐波失真度的约束函数；a1、a2分别为根据实际情况而预设的常数；

30、s24：使用加权和法构建多目标优化目标函数，具体为：

31、

32、式中，f(l,c)为多目标优化的目标函数；k1为目标函数f1(l,c)的权重系数，k2为目标函数f2(l,c)的权重系数。

33、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤s30中采用蛇优化算法对buck-boost中频逆变电路的主电路参数进行优化，得到一组最优主电路参数，具体包括步骤：

34、s31：初始化参数，包括：种群大小n、种群维度dim、最大迭代次数p，取当前迭代次数a的初始值为1；

35、s32：随机初始化种群x，其具体表达式为：

36、式中：xi表示第i个个体所处的位置，r为随机数，xmax为种群的上边界，xmin为种群的下边界；

37、s33：将种群均分为雄性nm和雌性nf两组，具体表达式为：

38、

39、s34：分别找出雄性种群中适应度最高的个体fbest,m和雌性种群中适应度最高的个体fbest,f，并在整个种群中找出适应度最高的个体来表示食物的位置ffood，其中适应度的计算公式为：

40、

41、式中：fitness(i,m)为第i个雄性个体的适应度，fitness(i,f)为第i个雌性个体的适应度，函数f(xi,m)、ff(xi,f)均为步骤s32中建立的多目标优化模型，li,m、ci,m、li,f、ci,f为对应个体xi,m、xi,f代表的参数值；

42、s35：计算环境温度temp和食物数量q，其具体计算公式为：

43、式中：a为当前迭代次数，p为最大迭代次数，c1为常数；

44、s36：若食物数量q小于value1，则通过预设的种群根据式随机更换位置进行食物搜索，随后进入步骤s310；否则，进入步骤s37；其中，value1为设定的常数值，种群根据式为：

45、

46、式中：xi,m表示第i个雄性个体的位置，xrand,m表示随机生成的雄性个体位置，rand为一个随机常数，fi,m表示第i个雄性个体的适应度，frand,m是随机生成的雄性个体的适应度，am是雄性个体寻找食物的能力，c2为常数，xi,f表示第i个雌性个体的位置，xrand,f表示随机生成的雌性个体的位置，fi,f表示第i个雌性个体的适应度，frand,f是随机生成的雌性个体的适应度，af表示雌性个体寻找食物的能力；

47、s37：若环境温度temp大于value2，则此时雄性种群和雌性种群均进行进食，其中，value2为设定的常数值，随后进入步骤s310；否则，进入步骤s38；进食的相应表达式如下：

48、xi,j(a+1)＝xfood±c3×temp×rand×(xfood-xi,j(a))；

49、式中：xi,j是种群中个体的位置，xfood是食物的位置，c3为常数；

50、s38：当随机数rand小于value3时，种群进入战斗状态，其中，value3为设定的常数值，随后进入步骤s310；否则，进入步骤s39；战斗状态相应的表达式如下：

51、

52、式中：xi,m表示第i个雄性个体的位置，xbest,f表示雌性种群中最好的个体，fm表示雄性个体的战斗能力，xi,f表示第i个雌性个体的位置，xbest,m表示雄性种群中最好的个体，ff表示雌性个体的战斗能力；

53、s39：种群进入繁殖状态，并将繁殖出的后代代替种群中最差的个体，随后进入步骤s310，繁殖代替的表达式如式所下：

54、

55、式中：mm为雄性个体的繁殖能力，mf为雌性个体的繁殖能力，xworst,m为雄性种群中最差的个体，xworst,f为雌性种群中最差的个体；

56、s310：判断是否达到最大迭代次数p，若达到，则进入步骤s311；否则，迭代次数a加1，返回步骤s33；

57、s311：输出最优主电路参数[l,c]。

58、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤s50中得到三相交错并联buck-boost中频逆变电路的最优主电路参数与其额定输出频率间的拟合函数关系式，包括最优主电路电容c与额定输出频率fe间的关系式，为：

59、式中：c(fe)为最优主电路电容函数，p0、p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8、wc为相应函数关系式中的常系数；

60、和最优主电路电感l与额定输出频率fe间的函数关系式，为：

61、l(fe)＝r0+r1×cos(wl×fe)+r2×sin(wl×fe)+r3×cos(2wl×fe)+r4×sin(2wl×fe)+r5×cos(3wl×fe)+r6×sin(3wl×fe)+r7×cos(4wl×fe)+r8×sin(4wl×fe)

62、式中：l(fe)为最优主电路电感函数，r0、r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、wl为相应函数关系式中的常系数。

63、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤s50之后，还执行如下步骤：

64、s60：将采用多目标优化模型的算法寻优的方式计算得到的最优主电路参数、偏差值δu以及谐波失真度thd，与通过拟合函数关系式计算得到的最优主电路参数、偏差值δu以及谐波失真度thd进行比对。

65、本技术包括以下有益技术效果：本发明提出的一种基于频率自适应的三相交错并联buck-boost中频逆变主电路参数优选方法，通过选取buck-boost中频逆变电路的主电路参数为优化对象，buck-boost中频逆变电路实际输出电压uo与预设的参考输出电压间un的偏差值δu以及其实际输出电压的谐波失真度thd为优化目标，创建两者的数学模型得到主电路参数与buck-boost中频逆变电路实际输出电压的偏差值δu、谐波失真度thd之间的计算关系，进一步通过加权和算法得到多目标优化模型，以权衡主电路参数对于偏差值δu、谐波失真度thd的优化协调，尽量得到偏差值δu和谐波失真度thd低的最优主电路参数。

66、另外采用蛇优化算法模拟蛇的不断战斗淘汰和繁殖的方式，最终计算得到buck-boost中频逆变电路的最优主电路参数；通过预设的间隔改变buck-boost中频逆变电路的额定输出频率，即能够得到n组最优主电路参数，将主电路参数与对应选定的额定输出频率进行拟合，得到可用于计算三相交错并联buck-boost中频逆变电路在任意中频频率下的最优主电路参数的拟合函数，适用于buck-boost中频逆变电路的主电路参数优化调整。

67、进一步通过在同一额定输出频率的情况下，将采用多目标优化模型的算法寻优的方式计算得到的最优主电路参数、偏差值δu以及谐波失真度thd，与通过拟合函数关系式计算得到的最优主电路参数、偏差值δu以及谐波失真度thd进行比对，得到两种方式得到的最优主电路参数基本一致，通过拟合函数关系式，为不同中频频率下三相交错并联buck-boost中频逆变电路的优化设计提供了依据。