基于NLP建模的ICPT系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、感應(yīng)耦合電能傳輸（Inductively Coupled Power Transfer，ICPT）技術(shù)是一種集現(xiàn)代電力變換技術(shù)、控制技術(shù)、磁耦合技術(shù)等于一體的新型電源接入傳輸技術(shù)，具有安全、可靠、靈活、高效、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)有線電能傳輸?shù)闹T多問題，開創(chuàng)了電能接入的新方式。盡管ICPT技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，仍存在許多關(guān)鍵問題未得到很好地解決，如頻率穩(wěn)定性、參數(shù)全局優(yōu)化、軟開關(guān)控制等問題，特別是在參數(shù)優(yōu)化方面一直缺乏一種有效的能綜

2、合考慮多方面因素的全局優(yōu)化方法。
　　在ICPT系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化方面，傳統(tǒng)的“三要素”法、圖示估計(jì)法、迭代逐個(gè)優(yōu)化法等存在的主要缺點(diǎn)有：
　　1、是一類局部?jī)?yōu)化方法，考慮的因素較少；
　　2、主要采用“求導(dǎo)”的方法得到連續(xù)函數(shù)的極點(diǎn)來(lái)作為最優(yōu)值，不能用于離散函數(shù)優(yōu)化問題，適應(yīng)面窄；
　　3、優(yōu)化方法效率低，參數(shù)設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)；
　　4、最優(yōu)參數(shù)的最優(yōu)性不強(qiáng)，參數(shù)難以達(dá)到同時(shí)最優(yōu)。
　　針對(duì)傳統(tǒng)方法的不足，本文

3、引入了非線性規(guī)劃（Nonlinear Programming，NLP）的思想，并采用智能優(yōu)化算法來(lái)得到系統(tǒng)的全局最優(yōu)參數(shù)。新的全局優(yōu)化方法具有如下特點(diǎn)：
　　1、是一種能綜合考慮多種因素的全局優(yōu)化方法；
　　2、是目前在軟開關(guān)條件下考慮系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性問題解決復(fù)雜拓?fù)鋮?shù)優(yōu)化的一種有效方法；
　　3、是一種能擴(kuò)展到各種拓?fù)涞耐ㄓ眯蛢?yōu)化方法；
　　4、具有開放性，能加入更多的要素；
　　5、優(yōu)化方法效率高，一次

4、優(yōu)化能得到所有參數(shù)的最優(yōu)解或得到多種最優(yōu)參數(shù)組合方案；
　　6、最優(yōu)解質(zhì)量高，能使各參數(shù)同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。
　　總體結(jié)構(gòu)以“全局優(yōu)化”為目標(biāo)，以“NLP建?！奔啊凹s束優(yōu)化”為2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，將參數(shù)優(yōu)化過(guò)程分為NLP建模及模型優(yōu)化處理兩部分。首先，為了更好地建立系統(tǒng)的規(guī)劃模型，以電壓型ICPT系統(tǒng)為例，分別對(duì)4種典型拓?fù)涞妮斎胼敵鲫P(guān)系及頻率穩(wěn)定性等進(jìn)行了研究，得到了一些不同于傳統(tǒng)觀點(diǎn)的新特性。其次，針對(duì)ICPT系統(tǒng)的特點(diǎn)提出了將具體的

5、電路模型抽象為一般的規(guī)劃模型的基本規(guī)則，即需要考慮的各種因素；并結(jié)合系統(tǒng)特性基于優(yōu)化思想提出了4種NLP建模方法，為引入優(yōu)化方法來(lái)處理多參數(shù)多約束問題打好基礎(chǔ)。接著，在對(duì)NLP模型進(jìn)行優(yōu)化處理過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一類難點(diǎn)問題即約束優(yōu)化問題，以該問題為出發(fā)點(diǎn)對(duì)約束處理方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，在一些經(jīng)典算法的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他優(yōu)化策略，分別提出了一種改進(jìn)型自適應(yīng)罰函數(shù)法及一種改進(jìn)型多目標(biāo)優(yōu)化法。最后，通過(guò)一個(gè)ICPT系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化實(shí)例，對(duì)2種改進(jìn)算法、交

6、流阻抗NLP建模方法及大范圍頻率穩(wěn)定等特性進(jìn)行仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　文章主要貢獻(xiàn)及創(chuàng)新點(diǎn)有：
　　1、為了提高參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性及可靠性，對(duì)ICPT系統(tǒng)輸入輸出等特性進(jìn)行了研究，得到了一些有利于參數(shù)優(yōu)化建模的新觀點(diǎn)：ICPT原邊輸入采用恒流或恒壓設(shè)計(jì)方式應(yīng)該根據(jù)負(fù)載輸出恒流或恒壓特性進(jìn)行選擇，負(fù)載輸出特性為恒流源或恒壓源應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)來(lái)判斷。
　　2、在傳統(tǒng)頻率穩(wěn)定性問題研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了電壓型 ICPT系

7、統(tǒng)在分叉域內(nèi)的頻率穩(wěn)定性問題，分析了4種典型拓?fù)湓诜植嬗騼?nèi)的不同規(guī)律，得到了系統(tǒng)在頻率分叉域內(nèi)不一定不穩(wěn)定的結(jié)論，即頻率分叉域內(nèi)系統(tǒng)的諧振頻率有可能保持為最佳諧振頻率點(diǎn)不變，降低了NLP模型中頻率穩(wěn)定性條件的約束強(qiáng)度。
　　3、為了合理、全面、規(guī)律地建立規(guī)劃模型，提出了ICPT系統(tǒng)NLP規(guī)劃的建模規(guī)則，即需要考慮頻率穩(wěn)定性條件、參數(shù)的額定值約束、系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)約束、器件的實(shí)際限制條件、參數(shù)間相互關(guān)系約束等主要因素。
　　4、為

8、了實(shí)現(xiàn)ICPT系統(tǒng)由具體電路模型向數(shù)學(xué)規(guī)劃模型轉(zhuǎn)換，基于ICPT電路分析的常用方法及優(yōu)化算法的基本思想，提出了交流阻抗NLP模型、廣義狀態(tài)空間平均NLP模型、時(shí)域微分NLP模型、基于仿真的綜合NLP模型4種規(guī)劃模型，以更好地利用優(yōu)化領(lǐng)域的研究成果得到系統(tǒng)全局最優(yōu)參數(shù)。
　　5、針對(duì)自適應(yīng)罰函數(shù)法在處理約束優(yōu)化問題中存在全局搜索能力、收斂性、魯棒性等方面的不足，采用了排序歸一化策略、自適應(yīng)權(quán)重罰系數(shù)策略、動(dòng)態(tài)精英保留策略3點(diǎn)改進(jìn)，提