摘 要：該文基于模糊集理論研究了變頻器輸出濾波器的模糊優(yōu)化設計問題。文中根據(jù)基波壓降、電容支路電流和諧波總畸變的工程約束范圍建立了濾波器電感值及電容值的模糊限制集，提出了以滿意度為綜合指標的模糊優(yōu)化目標函數(shù)，它是費用因素、諧波總畸變、電容諧波電流和電感基波壓降的加權(quán)之和，給出了目標函數(shù)的求解方法。仿真與實例設計表明，采用模糊優(yōu)化設計結(jié)果，不僅能夠滿足各種性能指標要求，更重要的是傳動系統(tǒng)的安全裕度得以提高。 關(guān)鍵詞：變頻器；濾波器；模糊優(yōu)化；可靠性 1 引言 變頻器-電機系統(tǒng)應用中存在一些負面效應：電機中的諧波電流過大，導致電機發(fā)熱量增加，縮短了電機的壽命；在采用長線電纜的場合，由于電纜終端電壓反射而造成電機端過電壓，對電機的絕緣性能造成危害，嚴重時導致電機絕緣擊穿，電纜爆裂[1]。實際應用過程中常在變頻器輸出端采用濾波器來消除或減輕以上負面效應[2]。正弦波濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。適當選擇濾波器參數(shù)可以將變頻器輸出電壓濾成近似正弦波形，電壓總諧波失真度小于5%，可以采用長達幾千米的電纜而不存在由于電壓反射而造成的電機端過電壓現(xiàn)象[1]。濾波器的設計過程包括工程設計和優(yōu)化設計。在工程設計中要考慮到變頻器電機系統(tǒng)對濾波器參數(shù)的限制，使得濾波器的加入對系統(tǒng)的影響最小，從而保證系統(tǒng)安全工作，所以濾波器參數(shù)滿足變頻器-電機系統(tǒng)的限制條件是第1位的，這時得到的參數(shù)往往不是最優(yōu)的，需要優(yōu)化過程來綜合考慮多種因素的影響。 變頻器輸出濾波器的優(yōu)化設計過程中，一般將變頻器-電機系統(tǒng)對濾波器參數(shù)的限制作為優(yōu)化模型的約束條件，這些約束條件包括濾波器上的基波壓降、濾波器電容支路中高頻諧波電流、濾波器電容支路的基波電流以及截止頻率等指標的合理范圍。根據(jù)以上約束可以確定濾波電感、濾波電容的約束條件。一般的工程設計中基波壓降大約在5%，高頻諧波電流大約在變頻器額定電流的10%至20%，電容支路的基波電流大約在變頻器額定電流的10%以下。但是在普通優(yōu)化過程中，認為以上的約束是硬性的，經(jīng)過優(yōu)化后，優(yōu)化參數(shù)的取值往往在約束條件的邊界上。由于以上的約束條件是從變頻器安全工作的角度得到的，所以元件參數(shù)在約束條件的邊界上取值時，系統(tǒng)工作在安全區(qū)和危險工作區(qū)的邊界，這時雖然某些目標達到了最優(yōu)，但是系統(tǒng)的安全性能下降了，當元件參數(shù)發(fā)生變化時，系統(tǒng)可能會工作在危險工作區(qū)而導致變頻器系統(tǒng)產(chǎn)生保護動作甚至導致變頻器系統(tǒng)的損壞。 在本文中，采用模糊集的方法描述約束條件的模糊性，并采用對稱模糊優(yōu)化的方法對所建立的多目標函數(shù)進行優(yōu)化。對稱模糊優(yōu)化過程實際是在尋找對模糊約束集和模糊目標集的最大滿意度，從而兼顧了目標的最優(yōu)和對模糊約束集的最大隸屬度。優(yōu)化后的參數(shù)以最大程度滿足了模糊約束集，所以沒有出現(xiàn)在約束集的邊界上，系統(tǒng)的安全性能得以提高，同時也增加了元件參數(shù)的容差范圍。 2 模糊優(yōu)化中常用模糊集的隸屬函數(shù) 在模糊優(yōu)化中，常用梯形隸屬函數(shù)，定義如圖2至圖4所示。采用模糊優(yōu)化時，約束條件的邊界是模糊的，具體體現(xiàn)在從允許域到拒絕域之間存在一個過渡區(qū)。