并网系统的模糊自适应PI控制仿真.doc

并网系统的模糊自适应PI控制仿真研究 苗华，于丽丽，雷声媛（榆林职业技术学院，陕西榆林，719000） Research on Simulation of fuzzy adaptive PI control of grid connected system Miao Hua，Yu Llili，Lei Shengyuan(Yulin vocational and technical college，Yulin Shaanxi ，719000，China)摘要：本文通过运用matlab软件实现了模糊控制与PI控制相结合的智能控制策略，并将其用于并网换流器的双闭环控制中，以提高并网电流的跟踪性能，实现系统快速并网，进而提高了电网间并列的动态响应，使得并网系统在电压及功率的扰动下仍具有较强的稳定性。关键词：并网 PWM整流器 VSC 模糊PI控制Abstract: in this paper, through the use of MATLAB software to realize the intelligent control strategy combining fuzzy control with PI control, and applies it to the double closed loop control of grid connected converter, in order to improve the tracking performance of grid connected current, allowing the system to achieve fast synchronization, so as to improve the dynamic response of the grid parallel, and the grid connected system has strong stability which is disturbed by the voltage and power .Keywords: grid PWM rectifier VSC fuzzy PI control0 引言闭环控制要求能够快速跟踪电网电压的瞬时变化，是整个控制系统的核心。本文将模糊PI控制策略运用于该控制中，来进一步提高电网间并列的动态响应。1 并网主电路仿真模型两个VSC分别作整流器和逆变器，一个工作在定直流电压模式，另一个工作在定有功功率模式，两个变流器的无功功率都可以单独调节。VSC的控制方法与PWM整流器基本相同。图1 基于VSC的三相并网系统的主电路仿真图Fig.1 Simulation diagram of three-phase main circuit based on the grid system VSC 图1中为三相并网系统主电路仿真模型。两个220KV、2000MVA的交流系统“AC1”和“AC2”通过VSC-HVDC相连，进行功率传输。其中，“AC2”中使用普通三相电压源，而“AC1”采用可编程三相电源以产生电压波动。“VSC1”模块与“VSC2”是两个VSC，分别作为整流器和逆变器运行。两个VSC之间是采用型等值电路表示的50km直流电缆。两个VSC下方是各自的控制器模块。 在图1中，VSC1 Controller的核心为VSC离散控制器模块，其内部的PLL锁相环模块获得同步旋转坐标变换所需的网侧电压相位，Clarke变换与Park变换模块将三相静止坐标系下的电压电流变换到两相同步旋转坐标系下。VSC离散控制器模块采用双闭环控制。外环根据控制目的的不同为直流电压环或有功功率环。本文中VSC1为定有功功率控制，VSC2为定直流电压控制。同时两个VSC控制器均包括无功功率控制环节，与直流电压环或有功功率环一起构成外环，得到dq的电流指令。控制器内环为电流环，各控制环节均使用PI调节器，以实现稳态无差的控制目的【1】。2 PI控制仿真分析对各个模块的参数进行设置，在1.5S时，令VSC1的有功指令由1下降到9，在2S时无功指令由0变为-0.1，在2.5S时VSC2的直流电压指令由1下降到0.95，运行仿真得到常规PI控制下电压、功率波形：如图2至图6所示。图2 PI控制下VSC1直流电压波形Fig.2 DC voltage wave of VSC1 under PI control 当在1.5S时，VSC1的有功指令发生突变后，其实际的有功功率能够迅速跟随指令变化，在0.3S内达到稳定，同时VSC2的有功也相应发生变化。由于VSC1为定有功功率控制，而VSC2为定直流电压控制【2】，因此，VSC1的直流电压并不固定，而是与VSC2的直流电压及直流电阻上的压降有关，将随功率而发生变化。这里由于直流电阻较小，因此这一趋势并不明显。图3 PI控制下VSC1有功功率波形Fig.3 Active power wave of VSC1 under PI control 在2S时的VSC1的无功功率指令突变后，由图4可见其实际的无功迅速发生相应变化，而直流电压和有功的变化很小。图4 PI控制下VSC1无功功率波形Fig.4 Reactive power wave of VSC1 under PI control图5 PI控制下VSC2直流电压波形Fig.5 DC voltage wave of VSC2 under PI control图6 PI控制下VSC2有功功率波形Fig.6 Active power wave of VSC2 under PI control 在2.5S时的VSC2的直流电压突变后，图2至4所示：VSC1的直流电压将随之发生变化，有功功率在短时波动后很快恢复到设定值，无功功率几乎不受影响。图7 PI控制下VSC2无功功率波形Fig.7 Reactive power wave of VSC2 under PI control3 模糊PI控制仿真分析设定参数不变，在模糊PI控制下的电压、功率波形，如图8至13所示：图8 模糊PI控制下VSC1 电压波形Fig.8 DC voltage wave of VSC1 under fuzzy PI control 当在1.5S时，VSC1的有功指令发生突变后，图8输出直流电压波形只有很小的波动，同样图9的有功功率波形波动与常规PI控制下的波形相比较为平缓。图9 模糊PI控制下VSC1有功功率波形Fig.9 Active power wave of VSC1 under fuzzy PI control图10 模糊PI控制下VSC1无功功率波形Fig.10 Reactive power wave of VSC1 under fuzzy PI control在2S时的VSC1的无功功率指令突变后，由图10可见其实际的无功虽然也迅速发生相应变化，但比图4的波形平滑很多。直流电压和有功的也变化很小。图11 模糊PI控制下VSC2电压波形Fig.11 DC voltage wave of VSC2 under fuzzy PI control图12 模糊PI控制下VSC2有功功率波形Fig.12 Active power wave of VSC2 under fuzzy PI control图13 模糊PI控制下VSC2无功功率波形Fig.13 Reactive power wave of VSC2 under fuzzy PI control在2.5S时的VSC2的直流电压突变后，VSC1的直流电压将随之发生很小变化，有功功率也在短时波动后很快恢复到设定值，无功功率几乎不受影响。综上述图2至图13所示，可以看出模糊PI控制不仅有较强的适应性，而且鲁棒性也不错。4 本章小结本章通过在mat1ab7.8.0中建立并网逆变系统闭环控制的仿真模型，并对在常规PI控制下和模糊PI控制下仿真输出的电压、电流、有功及无功波形进行详细分析比较，结果表明了模糊PI控制策略用于并网系统的有效性和可行性。既能提高并网电流的跟踪性能，又对并网系统的电压扰动具有较快的适应性和较强的鲁棒性。参考文献【1】 李明娟. 微电网中并网逆变器控制研究D.北京交通大学，2009：23-45.【2】 罗德荣，王耀南，周健等. 基于模糊自适应PI控制的变换器电流控制方法J.2006,26:7-12.【3】 戴元海. 基于模糊-PI控制的静止无功补偿器设计硕士论文.2009,19-25.【4】 王正仕，陈辉明. 具有无功和谐波补偿功能的并网逆变器设计J. 电力系统自动化.2007，31（13）.【5】 Koutro