统一电能质量调节器模糊PID控制.pdf

统一电能质量调节器的模糊PID 控制 王晓楠，刘瑞叶 哈尔滨工业大学电气工程系，哈尔滨 (150001) E-mail ：xiaonan_hit@163.com 摘 要：统一电能质量调节器(UPQC)兼有电压型和电流型补偿装置的功能。为了提高其综 合补偿性能，本文将模糊控制理论与传统PID调节器相结合，设计了带有参数自整定功能的 模糊PID控制器。一方面用于维持UPQC直流侧电容电压的稳定，另一方面控制实际补偿量 时刻跟踪指令信号。在Matlab/Simulink环境下进行仿真，结果表明该方法的确吸收了传统PID 控制稳态精度高和模糊控制鲁棒性强的优点，能够使UPQC有效地进行多种电能质量指标的 调节。 关键词：电能质量；统一电能质量调节器；模糊PID 控制 1．引言 随着科学技术的发展和社会生产、生活的不断进步，大量非线性电力电子器件和大容量、 冲击性负荷在现代工业中得到广泛应用，这些非线性负荷在提高生产效率的同时, 也给电网 带来了诸如不对称、高次谐波等公害；另外各种复杂、精密、对电能指标敏感的用电设备也 不断普及。因而，人们对电能质量的要求越来越高。 要提高系统的电能质量, 尽可能消除或削弱非线性负荷对电网的污染至关重要。近年 来，柔性交流输电系统(FACTS)技术[1]在配电系统得到了长足的发展。主要是利用 GTO 、 IGBT等大功率电力电子器件和相应的储能装置组成控制设备，向用户提供高质量、可靠的 电能。1996年日本学者Akagi 首次提出了统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner，UPQC) 的概念[2] 。该装置结合了串联型有源电力滤波器和并联型有源电力滤波 器两者的功能，实现了多种电能质量指标的调节。 目前，针对UPQC 的研究主要集中在控制策略方面，各种控制理论相继被应用到此控制 [2]~[5] 系统的设计中。PID控制器由于其算法简单、可靠性高，最先被应用于UPQC 的控制中 。 但是PID控制属于线性控制，依赖于系统的数学模型，鲁棒性差，很难适应于点网络这样的 强非线性系统。随着现代控制理论的发展，一系列基于状态空间的控制方法应运而生，比如 [6] [7] [9] H 控制 、线性最优控制 、自适应控制 等。但是它们仍然依赖于系统精确的数学模型， ∞ 很难在电力系统中得到很好的控制效果。另外，智能控制的发展使得人工神经网络具有自适 应和自组织能力，可以根据系统的输入和输出寻找它们之间的非线性关系。文献[8]将人工 神经网络应用到电力系统的控制中,但是目前这类先进的控制方式都只是处于仿真研究阶段, 尚未应用于实际。 2 ．UPQC 的基本结构和补偿控制原理 UPQC 的基本拓扑结构如图1 所示，主要由串联型有源电力滤波器、并联型有源电力滤 波器和储能电容三部分组成，串、并联型有源电力滤波器通过直流侧储能电容耦合在一起。 日本学者Akagi 在提出该概念的同时，也给出了UPQC 的基本控制方式[12]，其谐波等效电 路如图2 所示。 -1- A B Us Z uc i s