無串聯變壓器型DVR模糊控制策略研究
發布時間:2019-07-12 11:30:24來源:
20世紀90年代以來,電能質量問題成為研究的重點,其中電壓暫降成為影響電力負荷安全運行比較突出的問題。動態電壓恢復器(DynamicVoltageRestorer,DVR)是目前解決電壓暫降問題比較經濟、有效的用戶電力裝置。
決定動態電壓恢復器補償效果的關鍵問題之一是控制策略的實現。目前常用的控制方法包括前饋、反饋和復合型控制等線性控制方式,以及人工智能、模糊、無差拍、空間矢量等的非線性控制方式。
由于電壓暫降通常是由突發的短路電流引起,具有基金項目:國家自然科學基金項目(51147010);浙江工業大學信息處理與自動化技術重中之重學科支持突發性和暫態性,因此,控制策略的研究仍然是熱點之一。
它針對單相電壓,將電壓與實際電壓的誤差和其誤差的微分值輸入到模糊控制器中替代傳統的控制方法。比較后驗證了該方法的有效性。進一步說明模糊控制能夠根據系統電壓的變化,自動調整參數,從而大大降低獲取系統動態和靜態特征量所付出的代價,具有較強的魯棒性,但在穩態誤差、負載適應性等問題上,不能滿足系統設計要求。
本文針對無串聯變壓器型dvr,提出了增量式模糊自整定PID控制策略,利用Z-N臨界比例度法對PID參數進行整定,構造二維模糊控制器對整定后的參數進行調整并實現電壓補償。比較后,通過大量的仿真,它由儲能單元A、逆變單元B和濾波單元C三部分構成。逆變單元是由三個單相H橋逆變器構成。DVR進行補償時的等效電路如所示。
由可得如下狀態方程其中:Cf是濾波單元的電容值;及和Zf分別是濾波單元的電阻值和電感值;Vm、Vs、V/和FdvR分別是逆變電壓、電源電壓、負載電壓和補償電壓;//和f分別是負載電流和電感電流。
由上述狀態方程可得其開環控制系統的方框圖如所示。
其中知為直流側電壓Fdc.由可得其主回路開環函數為:因為電阻值Rf較小可忽略,則其開環函數為:2模糊控制實現模糊控制在系統控制中不需要建立精確的數學模型,且比其他非線性控制具有更好的魯棒性能。
本文的模糊控制器以被控對象的目標值與反饋值的誤差e和誤差變化率6作為輸入,用模糊推理的方法進行在線調整PID的參數Xp、Xi、心,從而使被控對象具有良好的動態性能和靜態性能。
2.1電壓檢測采用dq變換法對三相電壓進行幅值檢測。將abc三相電壓變換到dq坐標系的關系式為廠n可知,"d為三相電壓基頻分量的有效值。
2.2參數選擇模型,并按Z-N臨界比例度整定方法得到臨界周期為0.486s,如所示。
由表1中所示的Z-N經驗公式,可得:控制器表3AA1對應的模糊控制規則表Table3Theruletableof 2.3模糊控制器參數模糊自整定PID控制器可分為兩類:位置式和增量式。本文分別構建了增量式和位置式模糊控制器,并對其進行了比較。文中以增量式參數模糊自整定PID控制策略為重點,其構建的二維模糊控制器如。建立一個雙輸入單輸出的模糊控制器,選取電壓與負載電壓的偏差e和偏差變化率作為模糊控制器的兩個輸入,選取輸入e和的模糊集合論域分別為、,輸出的模糊集合論域為,控制器的輸入、輸出語言變量都取PL,PM,PS,Z,NS,NM,NL七個模糊子集,其含義依次為正大、正中、正小、零、負小、負中、負大。隸屬函數分布如所示。
輸入隸屬函數模糊控制器結構圖建立AKp、AKi、AKd對應的模糊控制規則,見表2表4.表2AKp對應的模糊控制規則表表4Ad對應的模糊控制規則表Table4Theruletableof經以上步驟本文建立的模糊控制器的輸入輸出關系如所示。
圖中所示曲線整體比較光滑,說明本文建立的模糊控制器的參數選擇適當。
3系統仿真3.1仿真系統利用Matlab/Simulink中建立仿真系統,如所示。其中參數設置為:電源電壓為400V,頻率為50Hz,帶阻感性敏感負荷,電阻為35Q,電感仿真系統圖其中增量式參數模糊自整定PID控制系統模型如所示。
量式參數模糊自整定PID控制系統。2結果與比較電壓在0.05s時發生電壓暫降,持續時間為0.05s.在30%、40%、60%電壓暫降和帶三相不平衡負載四種情況下分別進行系統仿真。文中以30%電壓暫降仿真波形為例,0為四種控制方法效果圖,其中(a)為PID控制、(b)為純模糊控制、(c)為位置式、(d)為增量式模糊自整定PID,比較后四種控制方法仿真結果比較見表4.仿真實驗PID純模糊位置式增量式調節超調調節超調調節超調調節超調時間量時間量時間量時間量30%15ms12%16 ms12%和過補償由仿真結果可知,參數模糊自整定PID控制穩定性和穩態誤差方面都比較理想,增量式比位置式動態性能更好,響應速度更快,穩態誤差也更小。
增量式模糊PID與PID控制在動態響應速度和比較大超調量方面控制效果相當,調節時間都比PID控制短,系統參數變化時,模糊PID比PID控制效果更好,具有更好的魯棒性。
表5四種控制方法仿真結果比較4結論(1)構造了增量式模糊自整定PID控制的無串聯變壓器型DVR通過仿真驗證本文方法的有效性。
模糊自整定PID控制方法進行比較。結果表明本文所述方法能發揮PID和模糊控制兩者的優點,對DVR系統的適應性強、調節時間短、超調小,特別是在系統參數發生改變時同樣可獲得令人滿意的控制效果,能很好地適應系統參數的變化。