统一电能质量调节控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种统一电能质量调节控制方法及装置，该装置包括一个并联型换流桥，一个串联型换流桥，一个直流电源，一个第三换流桥。该方法步骤为：得到电网需补偿变量值；需补偿的电压畸变量和目标电流值以及它们的变化率作为控制器输入；选择模糊控制规则库和隶属函数待调整的参数作为抗体；通过免疫遗传算法确使模糊控制器的重要参数达到最优；产生ＳＶＰＷＭ驱动信号驱动串／并联有源滤波器的功率器件；将给定期望的电容电压值与霍尔传感器检测的实际电容电压相减，取差值后作ＰＩ算法；再生成ＳＶＰＷＭ驱动信号驱动第三换流桥的功率器件。本发明专利技术融合了遗传算法、免疫算法、模糊算法，控制器的鲁棒性，动、静态性能得到显著提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种交流配电技术，进一步涉及一种统一电能质量调 节控制方法及装置。
技术介绍
近年来，随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电 力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，在提高了人们生产、 生活质量的同时，也给电网中增加了大量的非线性负载，尤其是大容 量变流设备的广泛使用，导致大量谐波注入电网，使电网电压和电流 波形发生畸变。电网电能质量日益下降反过来也严重威胁用户设备的 安全运行与正常使用，特别是对变频调速设备、机器人、自动化生产 线、精密数控机床、可编程控制器、计算机信息管理系统等那些高度 自动化的用电设备，对电源的波动和各种干扰十分敏感，任何电能质 量问题都可能使产品质量下降或管理秩序紊乱，造成重大的经济损 失。因此，对谐波电流和无功进行滤波和补偿已成为保证供电系统安 全运行的重要措施，应用新技术解决电能质量问题也成为电力系统研 究领域中的热门课题之一。国内外的专家、学者进行了大量研究工作，在电力有源滤波器(换 流桥)的基础上提出新型电能质量调节装置一一统一电能质量调节器的概念。釆用的控制方式有PID控制、无差拍控制、预测控制、模糊 控制、人工神经网络。但随着电力电子电路拓扑的复杂化，这些传统 控制方法应用于数学模型复杂的系统补偿无功、抑制谐波时，或存在 依赖精确的数学模型，鲁棒性差，或存在预测延时导致差拍，或虽不 依赖精确数学模型但稳态精度低，工作点附近容易小范围振荡，过渡 过程较慢。也有一些学者经过反复试验，实现了较好的谐波抑制和无 功补偿效果，但实验过程中选用的控制器参数较多且一般为经验值或一定范围内的试凑。遗传算法作为一种高效的全局搜索方法，在模糊控制器的优化设 计中得到应用，避免了隶属度函数和模糊控制规则的经验选取。但还存在一定的问题由于隶属度函数和模糊控制规则不是相对独立而是相互联系的，因而要获得高性能的模糊控制器应该同时优化二者，但 这样又存在着搜索空间太大的问题，而标准遗传算法存在的过早收 敛、不能很好保持个体的多样性等缺陷也影响了这些优化设计的正确 性和有效性。人工免疫原理抗体的多样性、免疫记忆等特性正好可以 弥补这一不足
技术实现思路
为此，本专利技术的目的在于提供一种由遗传算法、免疫原理和模糊 控制器相结合的最优智能控制方式，实现对统一电能质量调节器在补偿无功、抑制谐波，解决电能趺落、闪变的问题时达到性能最优；本专利技术的另外一个目的在于提供实现上述控制方法的装置。本调节器装置的主电路拓扑包括 一个接于负荷侧的并联型换流 桥2，用于吸收谐波电流、补偿无功和负序电流分量； 一个接于系统 侧的串联型换流桥l，起到在系统和负载之间对谐波隔离的作用，以 及维持连接点处电压、补偿电压闪变和不对称的作用； 一个为串/并 联型换流桥l、 2供电的直流电源； 一个第三换流桥3，维持串/并联型换流桥之间的直流电压恒定。对整个系统的控制是由数字信号处理芯片编程实现的。其中，串 /并联型换流桥的控制方案选择遗传优化免疫模糊控制，即在遗传算 法的基础上融合免疫系统的抗原识别、抗体多样性、免疫记忆、浓度 控制等特点，并将其优良的寻优特性用于模糊规则库以及模糊子集隶 属函数的优化。而第三换流桥3的控制方式选择快速性较好的PI控制。串/并联换流桥的控制方案首先，将实测的电源电压和负载电 流经霍尔传感器以及信号处理后送入DSP。电源电压通过坐标变换经低通滤波器得到电网电压基波正序幅值。同时根据对称分量法得到基 波正序分量的瞬时相位信息，继而可得到电网基波正序单位参考电压 和电源参考电流。电源参考电流与负载电流相减后就可得到并联有源 滤波器的补偿目标电流。电网电压与电网电压基波正序分量做差，得 到需补偿的包含谐波、无功和负序的电压畸变量。需补偿的电压畸变量及其变化率和目标电流值及其它们的变化 率作为两个遗传算法优化免疫模糊控制器输入。选择模糊控制规则库 和隶属函数待调整的参数作为抗体。接下来的工作就是通过免疫遗传 算法确使模糊控制器的重要参数达到最优，继而使控制器的控制效果达到最优。每个模糊控制器选择7个模糊子集，则模糊规则库由49 条规则构成。由模糊变量的对称性，可将寻优参数减少一半，即24 个。7个模糊子集只需用3位二进制数就可表示，OOl表示NB， 100 表示ZE， lll表示PB等。这样，按一定次序排列的24条规则对应为 一个长度为72位的二进制串。隶属函数釆用三角形划分，并归一化， 如图3所示。同样根据对称性，每个模糊变量的隶属函数只有2个可 调参数X,和X2,这样每个模糊控制器共有6个可调的隶属函数参数 XJe)， X2(e)， X'(Ae)， XAe)， X丄(u) ， X2 (u) ， X(Ai)， X2(Ai)。将 每个参数都用8位二进制数表示，串联成一个二进制的化位字符串。 将模糊规则库字符串和隶属函数参数串联起来就够成了 1位的抗 体。根据免疫算法引入的记忆机制，将表l的模糊控制规则库和通常 釆用的等距离划分隶属函数作为初始记忆细胞。针对，串/并联型换流桥，釆用目标函数0产atr+(3Mp+yts+(oJe2dt表l:<table>table see original document page 8</column></row><table>式中，0f为目标函数；tr为系统的上升时间；L为调整时间；Mp 为超调量；/e2(it为误差平方积分；oc、 (3、 Y和①为加权系数。根据实际 的控制系统的响应确定出t尸O. 8ms, Mp=10%， t^lms以及Je2dt的范围， 根据稳定性要求取P-O. 5， Y=0. 01， co=Q. 8根据快速性要求取a-G. 01。由目标函数可得到抗原亲和力的计算式为 (Ag)f=l/ (l+0f)将初始种群按(A》i的降序排列，将高抗原亲和力的抗体加入到记 忆细胞。根据式Ci,i/N计算抗体浓度，式中，mi为与抗体i的亲和力 大于e的抗体数；e为亲和力常数，取值0.9; N为抗体种群规模，取值 50，并根据抗体浓度进行免疫调节，增进抗体的多样性。选择抗体的 标准由抗体亲和力和浓度抑制因子2个部分组成 S严入(A》i+(l-人)e，ci式中，Ci为抗体浓度；加权系数X-O. 7,『1.25。 对抗体种群中经过选择的抗体进行交叉和变异操作得到新种群， 与更新后的记忆细胞精英抗体共同构成新一代种群。取交叉概率0.9,变异概率o.oi，迭代次数取ioo。最终，可获得优化的控制规则库和隶属函数。遗传算法优化免疫模糊控制器的输入确定为需补偿的电压畸变量和目标电流值以及它们的导数，输出经过信号处理，产生SVPWM驱 动信号驱动串/并联有源滤波器的功率器件。第三换流桥3的控制方案给定期望的电容电压值，与霍尔传感 器检测的实际电容电压相减，取差值后作PI算法，再生成SVPWM驱动 信号驱动第三换流桥3的功率器件。具体PI算法见流程图。本专利技术相对目前釆用其它方式控制的统一电能质量调节器而言 具有显著进步，主要体现在(1) 设计过程无需依赖系统精确的数学模型。这是由模糊控制 这种智能控制方法的特性决定的。面对复杂的对象、环境和任务，传 统控制器的缺陷得到解决。(2) 免疫算法的介入，使该控制器具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
统一电能质量调节控制装置，其特征在于，主电路拓扑包括：一个接于负荷侧的并联型换流桥（２），用于吸收谐波电流、补偿无功和负序电流分量；一个接于系统侧的串联型换流桥（１），起到在系统和负荷之间对谐波起到隔离，以及维持连接点处电压 、补偿电压闪变和不对称的作用；一个为的串／并联型换流桥（１、２）供电的直流电源；一个第三换流桥（３），维持串／并联换流桥之间的直流电压恒定。

【技术特征摘要】
1、统一电能质量调节控制装置，其特征在于，主电路拓扑包括一个接于负荷侧的并联型换流桥(2)，用于吸收谐波电流、补偿无功和负序电流分量；一个接于系统侧的串联型换流桥(1)，起到在系统和负荷之间对谐波起到隔离，以及维持连接点处电压、补偿电压闪变和不对称的作用；一个为的串/并联型换流桥(1、2)供电的直流电源；一个第三换流桥(3)，维持串/并联换流桥之间的直流电压恒定。2、 统一电能质量调节控制方法，其特征在于包括如下步骤(1) 串/并联型换流桥的控制方案a、 得到电网需补偿的谐波、无功和负序的电压畸变量的数值；b、 需补偿的电压畸变量和目标电流值以及它们的变化率作为遗 传算法优化免疫模糊控制器输入；c、 选择模糊控制规则库和隶属函数待调整的参数作为抗体；d、 通过免疫遗传算法确使模糊控制器的重要参数达到最优，继 而使控制器的控制效果达到最优；e、 遗传算法优化免疫模糊控制器的输入确定为需补偿的电压畸 变量和目标电流值以及它们的导数，输出经过信号处理，产生SVPWM驱动信号驱动串/并联有源滤波器的功率器件；(2) 第三换流桥(3)的控制方案f、 将给定期望的电容电压值与霍尔传感器检测的实际电容电压相减，取差值后作PI算法；g、 再生成SVPWM驱动信号驱动第三换流桥(3)的功率器件。3、 如权利要求2所述统一电能质量调节控制方法，其特征在于， 所述电网需补偿的谐波、无功和负序的电压畸变量的数值通过以下步 骤获得 a、 首先，将实测的电源电压和负载电流经霍尔传感器以及信号处理后送入DSP;b、 电源电压通过坐标变换经低通滤波器得到电网电压基波正序 幅值，同时根据对称分量法得到基波正序分量的瞬时相位信息，继而 可得到电网基波正序单位参考电压和电源参考电流；c、 电源参考电流与负载电流相减后就可得到并联有源滤波器的 补偿目标电流；d、 电网电压与电网电压基波正序分量做差，得到需补偿的包含 谐波、无功和负序的电压畸变量。4、 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：万健如，沈虹，刘英培，崔健，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]