并網(wǎng)系統(tǒng)的模糊自適應PI控制仿真.doc

并網(wǎng)系統(tǒng)的模糊自適應PI控制仿真研究 苗華，于麗麗，雷聲媛（榆林職業(yè)技術學院，陜西榆林，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：本文通過運用matlab軟件實現(xiàn)了模糊控制與PI控制相結合的智能控制策略，并將其用于并網(wǎng)換流器的雙閉環(huán)控制中，以提高并網(wǎng)電流的跟蹤性能，實現(xiàn)系統(tǒng)快速并網(wǎng)，進而提高了電網(wǎng)間并列的動態(tài)響應，使得并網(wǎng)系統(tǒng)在電壓及功率的擾動下仍具有較強的穩(wěn)定性。關鍵詞：并網(wǎng) 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 引言閉環(huán)控制要求能夠快速跟蹤電網(wǎng)電壓的瞬時變化，是整個控制系統(tǒng)的核心。本文將模糊PI控制策略運用于該控制中，來進一步提高電網(wǎng)間并列的動態(tài)響應。1 并網(wǎng)主電路仿真模型兩個VSC分別作整流器和逆變器，一個工作在定直流電壓模式，另一個工作在定有功功率模式，兩個變流器的無功功率都可以單獨調(diào)節(jié)。VSC的控制方法與PWM整流器基本相同。圖1 基于VSC的三相并網(wǎng)系統(tǒng)的主電路仿真圖Fig.1 Simulation diagram of three-phase main circuit based on the grid system VSC 圖1中為三相并網(wǎng)系統(tǒng)主電路仿真模型。兩個220KV、2000MVA的交流系統(tǒng)“AC1”和“AC2”通過VSC-HVDC相連，進行功率傳輸。其中，“AC2”中使用普通三相電壓源，而“AC1”采用可編程三相電源以產(chǎn)生電壓波動。“VSC1”模塊與“VSC2”是兩個VSC，分別作為整流器和逆變器運行。兩個VSC之間是采用型等值電路表示的50km直流電纜。兩個VSC下方是各自的控制器模塊。 在圖1中，VSC1 Controller的核心為VSC離散控制器模塊，其內(nèi)部的PLL鎖相環(huán)模塊獲得同步旋轉(zhuǎn)坐標變換所需的網(wǎng)側(cè)電壓相位，Clarke變換與Park變換模塊將三相靜止坐標系下的電壓電流變換到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下。VSC離散控制器模塊采用雙閉環(huán)控制。外環(huán)根據(jù)控制目的的不同為直流電壓環(huán)或有功功率環(huán)。本文中VSC1為定有功功率控制，VSC2為定直流電壓控制。同時兩個VSC控制器均包括無功功率控制環(huán)節(jié)，與直流電壓環(huán)或有功功率環(huán)一起構成外環(huán)，得到dq的電流指令?？刂破鲀?nèi)環(huán)為電流環(huán)，各控制環(huán)節(jié)均使用PI調(diào)節(jié)器，以實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無差的控制目的【1】。2 PI控制仿真分析對各個模塊的參數(shù)進行設置，在1.5S時，令VSC1的有功指令由1下降到9，在2S時無功指令由0變?yōu)?0.1，在2.5S時VSC2的直流電壓指令由1下降到0.95，運行仿真得到常規(guī)PI控制下電壓、功率波形：如圖2至圖6所示。圖2 PI控制下VSC1直流電壓波形Fig.2 DC voltage wave of VSC1 under PI control 當在1.5S時，VSC1的有功指令發(fā)生突變后，其實際的有功功率能夠迅速跟隨指令變化，在0.3S內(nèi)達到穩(wěn)定，同時VSC2的有功也相應發(fā)生變化。由于VSC1為定有功功率控制，而VSC2為定直流電壓控制【2】，因此，VSC1的直流電壓并不固定，而是與VSC2的直流電壓及直流電阻上的壓降有關，將隨功率而發(fā)生變化。這里由于直流電阻較小，因此這一趨勢并不明顯。圖3 PI控制下VSC1有功功率波形Fig.3 Active power wave of VSC1 under PI control 在2S時的VSC1的無功功率指令突變后，由圖4可見其實際的無功迅速發(fā)生相應變化，而直流電壓和有功的變化很小。圖4 PI控制下VSC1無功功率波形Fig.4 Reactive power wave of VSC1 under PI control圖5 PI控制下VSC2直流電壓波形Fig.5 DC voltage wave of VSC2 under PI control圖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時的VSC2的直流電壓突變后，圖2至4所示：VSC1的直流電壓將隨之發(fā)生變化，有功功率在短時波動后很快恢復到設定值，無功功率幾乎不受影響。圖7 PI控制下VSC2無功功率波形Fig.7 Reactive power wave of VSC2 under PI control3 模糊PI控制仿真分析設定參數(shù)不變，在模糊PI控制下的電壓、功率波形，如圖8至13所示：圖8 模糊PI控制下VSC1 電壓波形Fig.8 DC voltage wave of VSC1 under fuzzy PI control 當在1.5S時，VSC1的有功指令發(fā)生突變后，圖8輸出直流電壓波形只有很小的波動，同樣圖9的有功功率波形波動與常規(guī)PI控制下的波形相比較為平緩。圖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圖10 模糊PI控制下VSC1無功功率波形Fig.10 Reactive power wave of VSC1 under fuzzy PI control在2S時的VSC1的無功功率指令突變后，由圖10可見其實際的無功雖然也迅速發(fā)生相應變化，但比圖4的波形平滑很多。直流電壓和有功的也變化很小。圖11 模糊PI控制下VSC2電壓波形Fig.11 DC voltage wave of VSC2 under fuzzy PI control圖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圖13 模糊PI控制下VSC2無功功率波形Fig.13 Reactive power wave of VSC2 under fuzzy PI control在2.5S時的VSC2的直流電壓突變后，VSC1的直流電壓將隨之發(fā)生很小變化，有功功率也在短時波動后很快恢復到設定值，無功功率幾乎不受影響。綜上述圖2至圖13所示，可以看出模糊PI控制不僅有較強的適應性，而且魯棒性也不錯。4 本章小結本章通過在mat1ab7.8.0中建立并網(wǎng)逆變系統(tǒng)閉環(huán)控制的仿真模型，并對在常規(guī)PI控制下和模糊PI控制下仿真輸出的電壓、電流、有功及無功波形進行詳細分析比較，結果表明了模糊PI控制策略用于并網(wǎng)系統(tǒng)的有效性和可行性。既能提高并網(wǎng)電流的跟蹤性能，又對并網(wǎng)系統(tǒng)的電壓擾動具有較快的適應性和較強的魯棒性。參考文獻【1】 李明娟. 微電網(wǎng)中并網(wǎng)逆變器控制研究D.北京交通大學，2009：23-45.【2】 羅德榮，王耀南，周健等. 基于模糊自適應PI控制的變換器電流控制方法J.2006,26:7-12.【3】 戴元海. 基于模糊-PI控制的靜止無功補償器設計碩士論文.2009,19-25.【4】 王正仕，陳輝明. 具有無功和諧波補償功能的并網(wǎng)逆變器設計J. 電力系統(tǒng)自動化.2007，31（13）.【5】 Koutro