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无串联变压器型DVR模糊控制策略研究

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发表于 2017-10-10 19:08:56 |显示全部楼层
20世纪90年代以来,电能质量问题成为研究的重点,其中电压暂降成为影响电力负荷安全运行最突出的问题。动态电压恢复器(DynamicVoltageRestorer,DVR)是目前解决电压暂降问题最经济、有效的用户电力装置。
  决定动态电压恢复器补偿效果的关键问题之一是控制策略的实现。目前常用的控制方法包括前馈、反馈和复合型控制等线性控制方式,以及人工智能、模糊、无差拍、空间矢量等的非线性控制方式。
  由于电压暂降通常是由突发的短路电流引起,具有基金项目:国家自然科学基金项目(51147010);浙江工业大学信息处理与自动化技术重中之重学科支持突发性和暂态性,因此,控制策略的研究仍然是热点之一。
  它针对单相电压,将电压与实际电压的误差和其误差的微分值输入到模糊控制器中替代传统的控制方法。最后验证了该方法的有效性。进一步说明模糊控制能够根据系统电压的变化,自动调整参数,从而大大降低获取系统动态和静态特征量所付出的代价,具有较强的鲁棒性,但在稳态误差、负载适应性等问题上,不能满足系统设计要求。
  本文针对无串联变压器型dvr,提出了增量式模糊自整定PID控制策略,利用Z-N临界比例度法对PID参数进行整定,构造二维模糊控制器对整定后的参数进行调整并实现电压补偿。最后,通过大量的仿真,它由储能单元A、逆变单元B和滤波单元C三部分构成。逆变单元是由三个单相H桥逆变器构成。DVR进行补偿时的等效电路如所示。
  由可得如下状态方程其中:Cf是滤波单元的电容值;及和Zf分别是滤波单元的电阻值和电感值;Vm、Vs、V/和FdvR分别是逆变电压、电源电压、负载电压和补偿电压;//和f分别是负载电流和电感电流。
  由上述状态方程可得其开环控制系统的方框图如所示。
  其中知为直流侧电压Fdc.由可得其主回路开环函数为:因为电阻值Rf较小可忽略,则其开环函数为:2模糊控制实现模糊控制在系统控制中不需要建立精确的数学模型,且比其他非线性控制具有更好的鲁棒性能。
  本文的模糊控制器以被控对象的目标值与反馈值的误差e和误差变化率6作为输入,用模糊推理的方法进行在线调整PID的参数Xp、Xi、心,从而使被控对象具有良好的动态性能和静态性能。
  2.1电压检测采用dq变换法对三相电压进行幅值检测。将abc三相电压变换到dq坐标系的关系式为厂n可知,"d为三相电压基频分量的有效值。
  2.2参数选择模型,并按Z-N临界比例度整定方法得到临界周期为0.486s,如所示。
  由表1中所示的Z-N经验公式,可得:控制器表3AA1对应的模糊控制规则表Table3Theruletableof 2.3模糊控制器参数模糊自整定PID控制器可分为两类:位置式和增量式。本文分别构建了增量式和位置式模糊控制器,并对其进行了比较。文中以增量式参数模糊自整定PID控制策略为重点,其构建的二维模糊控制器如。建立一个双输入单输出的模糊控制器,选取电压与负载电压的偏差e和偏差变化率作为模糊控制器的两个输入,选取输入e和的模糊集合论域分别为、,输出的模糊集合论域为,控制器的输入、输出语言变量都取PL,PM,PS,Z,NS,NM,NL七个模糊子集,其含义依次为正大、正中、正小、零、负小、负中、负大。隶属函数分布如所示。
  输入隶属函数模糊控制器结构图建立AKp、AKi、AKd对应的模糊控制规则,见表2表4.表2AKp对应的模糊控制规则表表4Ad对应的模糊控制规则表Table4Theruletableof经以上步骤本文建立的模糊控制器的输入输出关系如所示。
  图中所示曲线整体比较光滑,说明本文建立的模糊控制器的参数选择适当。
  3系统仿真3.1仿真系统利用Matlab/Simulink中建立仿真系统,如所示。其中参数设置为:电源电压为400V,频率为50Hz,带阻感性敏感负荷,电阻为35Q,电感仿真系统图其中增量式参数模糊自整定PID控制系统模型如所示。
  量式参数模糊自整定PID控制系统。2结果与比较电压在0.05s时发生电压暂降,持续时间为0.05s.在30%、40%、60%电压暂降和带三相不平衡负载四种情况下分别进行系统仿真。文中以30%电压暂降仿真波形为例,0为四种控制方法效果图,其中(a)为PID控制、(b)为纯模糊控制、(c)为位置式、(d)为增量式模糊自整定PID,最后四种控制方法仿真结果比较见表4.仿真实验PID纯模糊位置式增量式调节超调调节超调调节超调调节超调时间量时间量时间量时间量30%15ms12%16 ms12%和过补偿由仿真结果可知,参数模糊自整定PID控制稳定性和稳态误差方面都比较理想,增量式比位置式动态性能更好,响应速度更快,稳态误差也更小。
  增量式模糊PID与PID控制在动态响应速度和最大超调量方面控制效果相当,调节时间都比PID控制短,系统参数变化时,模糊PID比PID控制效果更好,具有更好的鲁棒性。
  表5四种控制方法仿真结果比较4结论(1)构造了增量式模糊自整定PID控制的无串联变压器型DVR通过仿真验证本文方法的有效性。
  模糊自整定PID控制方法进行比较。结果表明本文所述方法能发挥PID和模糊控制两者的优点,对DVR系统的适应性强、调节时间短、超调小,特别是在系统参数发生改变时同样可获得令人满意的控制效果,能很好地适应系统参数的变化。

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