用于抑制电压闪变的DSTATCOM模糊自适应整定PI控制

1、用于抑制电压闪变的DSTATCOM模糊自适应 整定PI控制 1 前言 电压闪变是一种很严重的暂态电能质量问题 , 主要由供电系 统中的一些非线性波动性负荷引起 , 它会对用电设备和电网本身 造成不良影响 , 如不加以抑制会导致设备无法正常工作 1 基于电压闪变危害的严重性 , 近年来不少科技工作 者都投入到对电压闪变抑制的研究工作中 2 传统的电 压闪变抑制装置SVC响应慢，抑制效果不理想随着电力 电子技术的发展 , 基于电力电子变换器的快速电压闪变抑制装置 在工程中得到了应用近年来有大量关于 DSTATCO用于 电压抑制闪变时的控制策略研究的文献发表 3, 但真正在工程 中得以应用的大多采用

2、 PI 控制考虑到常规 PI 控制在设 计控制器时参数整定的困难以及实际电网的动态变动特性对控 制器性能的影响 ,本文提出了利用模糊控制对 PI 控制器的参数 进行在线调整，使得当电网参数发生变化时 DSTATCO仍能很好 的抑制电压闪变 最后给出了模糊自适应整定 PI 控制的 数字仿真结果 ,验证了模糊 PI 控制器的自适应性和鲁棒性 2DSTATCO抑制电压闪变的原理 电压闪变的抑制措施可以从改善用电设备特性 提 高供电能力 采用补偿措施等方面考虑 本文将 以如图1所示的供电系统说明 DSTATCO抑制电压闪变的原理 图1DSTATCO接入系统原理图 图中DSTATCO装置主电路采用电压型

3、逆变器(VSI),采用 PWM控制方式VS为系统供电电压，RS+jXS为传输线等效 阻抗,RP为逆变器功率开关器件的开关损耗 丄P为变压器漏 感,vt为公共连接点处(PCC)电压冲击或波动性负荷在 工作中会从配电网中吸取随时间周期性变化或近似周期性变化 的无功功率 它们在传输线路上会产生电压闪变 在公共连接点处安装DSTATCO装置，因其具有快速的动态响应 性能 , 其发出的无功功率能动态的跟随负荷所需的无功功率 , 使 得负荷所需的动态无功功率完全由DSTATCO装置提供,注入供 电系统的无功功率几乎为零 , 由无功功率在传输线上产生的电压 压降也为零 , 公共连接点处的电压就不会发生快速的

4、波动 为使DSTATCO装置能有效的抑制由冲击或波动性负荷 引起的电压闪变 ,考虑供电系统的动态时变特性 ,控制器必须具 有很好的动态性能和自适应性 鲁棒性本文采 用DSTATCOM直接电流控制方式4 3控制器设计 3.1 控制器工作原理 当DSTATCO采用直接电流控制时，在dqo坐标系中，选择d 轴的方向为电压矢量 vt的方向，可得DSTATCO与系统交换的瞬 时有功功率p和瞬时无功功率q分别为5: 从式(1)(2)可以看出，当PCC电压vt为恒定值 时,DSTATCO与系统交换的瞬时有功功率 p和ipd成正比，而瞬 时无功功率q与ipq成正比，因此控制DSTATCO与系统交换的瞬 时有功

5、功率和瞬时无功功率可以通过对 ipd 和 ipq 来实现 , 这样 便可实现有功无功的近似解耦控制 控制系统框如 图 2 所示,PWM采用三角载波比较方式产生 为使直流电容电 压在动态过程中保持恒定 , 采用了直流电容电压闭环控制策略 直流电压控制环采用常规 PI 控制,无功电流的控制采 用本文下面将要详细讨论的模糊自适应整定 PI(F-PI) 控制(简称 模糊PI),用来改善无功电流的跟随特性，进而改善DSTATCOOM 制闪变的性能 图 2 控制系统框图 JZ) 3.2 模糊自适应整定 PI 控制器设计 本文所设计的自适应模糊 PI 控制器结构图如图 3所示 图 3 模糊自适应整定 PI

6、控制器结构图 JZ) 模糊参数调节器主要应用模糊集合理论建立 KP A KI与eeC的二元连续函数关系: 根据不同的输入 eeC计算出 A KPA KI,最 终得到 : 其中 KPKI 为当前控制器整定值 模糊参数调节器由模糊化 模糊推理 解模 糊三部分组成 : (1) 模糊化 定义控制器中输入 输出变量的语言值均分为 7 个 语言值:NB,NM,NS,O,PS,PM,PB,隶属度函数形式如图4所示: 图 4 隶属度函数 模糊量e,eC论域为:这里的论域只表示区间范围，不代表真 实的值 (2) 模糊推理 模糊推理的核心就是控制器参数整定规则 , 主要由现场调试 和专家经验所得 当偏差产生时 ,

7、 控制器将发挥控制作用 以阻止偏差增大 具体方法如下 : 当|e|较大，即e NB,PB时，为使系统具有较好的快速跟 踪性能，保证KP较大，同时为避免系统响应出现较大的超调，应 对KI加以限制，通常取KI=O当|e|处于中等大小，即 e NM,PM时,为避免系统响应出现较大的超调,KP应取得小 些,KI的取值要适当 当|e|取较小,e NS,0,PS时，为使系统有较好的稳态性 能,KPKI 应取适当值 根据对象的实际特征和调试经验 , 总结出如下规则表如表 1 和表2所示，其中 KP A KI论域 为:-3,-2,-1,0,1,2,3 表 1A KP 参数调整规则表 (3) 解模糊 为求取最终

8、精确量及计算输出控制量 , 解模糊采用重心法 根据公式 (4) 可得 KPKI: 在线运行过程中 , 控制系统通过对模糊逻辑规则的结果处理 查表和运算 , 完成对 PID 参数的在线自校正 4 仿真研究 为了验证模糊自适应整定 PI 控制器的控制效果 , 利用 Matlab 对所设计的控制器进行了数字仿真 仿真对象如 图 1 所示 图5图6分别给出了 DSTATCO投运前后，PCC A相 电压/电流波形 图5补偿前PCC A相电压/电流波形JZ) 图 5 中, 由于是感性负荷 , 电压波形超前电流波形一定的角 度从图可知 , 未加入无功补偿装置时 , 随着无功负荷的 突变，负荷电流增加，电压下

9、降投入DSTATCO后的电压 / 电流波形如图 6 所示, 电压与电流波形之间的相位差为零 , 功率 因数也得到了很好的补偿 同时由于DSTATCO的补偿作 用, 随着无功负荷的突变 , 电流/电压始终维持在 1pu. 图 6补偿后 PCC A相电压/电流波形JZ) 图7给出了 DSTSTCO投入前PCg电压波形，图8和图9分 别为采用常规PI控制和本文提出的模糊 PI控制时的PCC电压波 形 图7补偿前PCC电压波形JZ) 图8采用PI补偿后PCC电压波形JZ) 从图中可以看出，在投入DSTATCO后，不管是采用常规的PI 控制还是本文提出的模糊 PI 控制, 电压闪变都得到了有效的抑 制这

10、说明在固定参数条件下 , 通过不断试凑 PI 控制器 的参数,常规 PI 控制器与模糊 PI 控制器具有差不多的控制性能 为了验证模糊 PI 控制的自适应性 在仿真时将系统 参数作随机改动 图 10和图 11分别给出了仿真参数作随 机改动后的采用常规 PI 控制和本文提出的模糊 PI 控制时的 PCC 电压波形图9采用模糊PI补偿后PCC电压波形 图10采用PI补偿后PCC电压波形 从图 10图 11 可以看出 ,当系统参数发生变化时 ,采 用模糊PI控制的DSTATCO比常规PI控制的DSTATCO仍有很好 的抑制电压闪变的性能好得多 表明模糊 PI 控制具有很 强的自适应性和鲁棒性，适合于DSTATCO用于抑制电压闪变的 控制 5 结论 (1)DSTATCO采用直接电流控制时不但能有效的抑制因波动 性负荷引起的电压闪变 , 而且在抑制电压闪变的同时能很好的补 偿无功功率提高功率因数 ; 采用模糊PI控制的DSTATCO比常规 图11采用模糊PI 补偿后PCC电压波形PI控制相具有更强的自适应性和鲁棒