一种基于PID控制的变流器控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于PID控制的变流器控制方法及系统，该变流器控制方法包括：进行实时采样得到母线相电压，并计算出其与目标相电压之间的误差和误差变化率；后将误差输入PID控制模块得到变流器电流设置值；最后依据变流器电流设置值进行充电或放电；其中，更进一步以误差和误差变化率为依据动态调整主PID控制器的设置参数，优选采用模糊控制算法或者模糊神经网络输出当前时刻的误差、误差变化率对应的主PID控制器的设置参数的各自变化量；进而得到主PID控制器的比例系数、积分系数、微分系数、死区电压的各自更新值。通过上述技术方案使得主PID控制器的设置参数保持较优状态，提高电压控制效果。高电压控制效果。高电压控制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PID控制的变流器控制方法及系统


[0001]本专利技术属于电压调节控制
，具体涉及一种基于PID控制的变流器控制方法及系统。

技术介绍

[0002]远距离供电导致末端用户低电压问题频繁发生。如偏远地区的农村、牧区，许多中压10kV线路供电半径远远超过15km的规定，甚至长达50km以上；电压AC400V或者AC220V线路的供电半径远远超500米的作业要求，在用户负荷较高时，用户的相电压将低于AC220V。以及电磁炉、电火锅、空调以及电烤炉等大功率负载用电加上远距离供电是导致农网损耗、“低电压”问题频繁发生的主要原因。
[0003]目前有效解决配网末端低电压的方法主要为：
[0004]1、增容布点，提高供电覆盖率，缩短供电半径至500米内。通过增容布点缩短供电半径、更换老旧设备提高输电线路线径、提高输电容量、合理分配三相负载等方式可以提高供电可靠性。然而，在地广人稀的区域，部分地区的居民与电网供电台区相距数公里，为一户或者几户居民通过建造中高压配电网，投入成本可能高达百万元。虽然增容布点可以有效解决用户低电压这一顽疾，但是投入资金巨大，且由于居民负荷小，在非用电高峰期间，增容布点改造后容易让新增的变压器处于轻载状态从而导致农网线损提高，导致配网线损增加。
[0005]2、提高变压器出口电压。通过提高变压器出口电压，可以在一定输电半径和用电负荷的情况下，显著提升偏远地区远距离输电用户在用电高峰期间的电压，但是在轻载或者空载的时候，远距离输电用户的末端电压与变压器出口电压相近，即相电压可能超过235V。因此，在末端用户用电高峰期间提高变压器出口电压可以在一定程度上解决低电压问题，但在居民用电低谷期变压器空载或轻载期间，极可能导致末端用户的过电压情况发生，从而影响电网的安全运行。
[0006]3、加装线路自动调压器。线路自动调压器实质上是一种电压可连续调节的自耦变压器，设备工作原理是将相线串接在低压末端线路中，实时检测设备的输入电压Ui(即线路抬升前电压)与输出电压Uo。当输入电压Ui过低时，电压补偿模块根据实际输入电压的数值投入相应的抬升电压，使输出电压Uo满足负载正常工作，从而给用电端合格的电压，解决低电压问题。它可以延长变电所供电半径适合农村电网的长距离送点；通过线路自动调压器自身测量线路电压；调节后确保整条线路的电压均达到国家标准；线路自动调压器可以一定程度上解决安装点后端的低电压问题，但是由于一条低压线路同时给多个用户供电，未加装调压器的用户的电能供应将会被调压器抢占从而受到影响。因此，调压器可以解决接入点后段用户的低电压问题，但会导致接入点前端用户在用电期间低压不达标；另外调压器还存在笨重、不方便移动的不足；同时在应对较低电压时(如相电压在170V以下)的调压能力不足；此外，加装自耦式变压器还可能提高农网线损。
[0007]综上所述，上述几种方法在一定程度上均可以解决某些特定的低电压问题，而针
对因长距离输电、间歇性有功需求导致的高寒偏远地区低电压这一顽疾，仍难以有效解决。因此，如何解决低电压问题，同时又避免用户末端过电压的情况发生，动态精确跟踪电压并进行实时调整是解决上述问题的关键。

技术实现思路

[0008]本专利技术为了有效维持用户负载在工作/非工作期间的电压长期处于合格电压范围，提供一种基于PID控制的变流器控制方法及系统。本专利技术所述方法通过动态跟踪电压获取母线相电压与目标相电压之间的误差，进而利用所述误差确定放电操作或充电操作，确保线路电压始终处于合格电压范围内，本专利技术提供了另一种途径来解决低电压或过电压的问题，如当用户负载大时进行放电操作，用户负荷小时进行充电操作。
[0009]一方面，本专利技术提供的一种基于PID控制的变流器控制方法，其包括以下步骤：
[0010]S1：对母线进行实时采样得到母线相电压，并至少计算出所述母线相电压与目标相电压之间的误差；
[0011]S2：将所述误差输入PID控制模块得到变流器电流设置值，所述PID控制模块是由主PID控制器以及THD抑制PID控制器构成的，所述主PID控制器和所述THD抑制PID控制器的输出之和为所述变流器电流设置值；
[0012]其中，本专利技术提供的所述主PID控制器和所述THD抑制PID控制器均为增量式PID，主PID控制器的输入为母线相电压与目标相电压之间的误差，THD抑制PID控制器的输入为总谐波失真度。
[0013]S3：依据所述变流器电流设置值进行充电或放电；
[0014]其中，所述变流器并联接入配电网，且设有储能单元或与外部储能单元连接，所述变流器电流设置值大于0时，对所述储能单元进行充电；所述变流器电流设置值小于0时，对所述储能单元进行放电，充电电流和放电电流均与对应所述变流器设置值的大小相同；所述变流器电流设置值为0时，保持当前状态不变。
[0015]进一步可选地，所述变流器电流设置值按照如下公式表示：
[0016][0017][0018]I
m
＝I
k
‑1+k
mp
(e
k
‑
e
k
‑1)+k
mi
e
k
+k
md
(e
k
‑
2e
k
‑1+e
k
‑2)
[0019][0020]式中，V
thd
为总谐波失真值，V2×
50
、V3×
50
、V
(N
‑
1)
×
50
分别是2次谐波电压幅值、3次谐波电压幅值、N
‑
1次谐波电压幅值，谐波电压是将实时采样的母线相电压经过快速傅里叶变换得到；k
mp
、k
mi
、k
md
分别为主PID控制器的比例系数、积分系数、微分系数，k
thdi
、k
thdi
、k
thdi
分别为THD抑制PID控制器的比例系数、积分系数、微分系数，N为采样点数，V
50Hz
为50Hz基波电压幅值，I
thd
为THD抑制PID控制器的输出值(THD，Total harmonic distortion，总谐波失真
值)，I
m
为主PID控制器控制值，e
k
、e
k
‑1、e
k
‑2分别表示第k时刻、k
‑
1时刻、k
‑
2时刻母线相电压与目标相电压之间的误差，I
max
、I
min
、I
m
、I
pid
、I
k
、I
F
‑1分别是变流器整流输出最大电流(譬如设置为25A)、变流器逆变输出最大电流(譬如设置为
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PID控制的变流器控制方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：对母线进行实时采样得到母线相电压，并至少计算出所述母线相电压与目标相电压之间的误差；S2：将所述误差输入PID控制模块得到变流器电流设置值，所述PID控制模块是由主PID控制器以及THD抑制PID控制器构成的，所述主PID控制器和所述THD抑制PID控制器的输出之和为所述变流器电流设置值；S3：依据所述变流器电流设置值进行充电或放电；其中，所述变流器并联接入配电网，且设有储能单元或与外部储能单元连接，所述变流器电流设置值大于0时，对所述储能单元进行充电；所述变流器电流设置值小于0时，对所述储能单元进行放电，充电电流和放电电流均与对应所述变流器设置值的大小相同；所述变流器电流设置值为0时，保持当前状态不变。2.根据权利要求1所述的变流器控制方法，其特征在于：所述变流器电流设置值按照如下公式表示：下公式表示：I
m
＝I
k
‑1+k
mp
(e
k
‑
e
k
‑1)+k
mi
e
k
+k
md
(e
k
‑
2e
k
‑1+e
k
‑2)式中，V
thd
为总谐波失真值，V2×
50
、V3×
50
、V
(N
‑
1)
×
50
分别是2次谐波电压幅值、3次谐波电压幅值、N
‑
1次谐波电压幅值，谐波电压是将实时采样的母线相电压经过快速傅里叶变换得到；k
mp
、k
mi
、k
md
分别为主PID控制器的比例系数、积分系数、微分系数,k
thdi
、k
thdi
、k
thdi
分别为THD抑制PID控制器的比例系数、积分系数、微分系数，N为采样点数，V
50Hz
为50Hz基波电压幅值，I
thd
为THD抑制PID控制器的输出值，I
m
为主PID控制器控制值，e
k
、e
k
‑1、e
k
‑2分别表示第k时刻、k
‑
1时刻、k
‑
2时刻母线相电压与目标相电压之间的误差，I
max
、I
min
、I
m
、I
pid
、I
k
、I
k
‑1分别是变流器整流输出最大电流、变流器逆变输出最大电流、主PID控制器的输出值、PID控制器输出和、当前k时刻变流器电流设置值、k
‑
1时刻变流器电流设置值。3.根据权利要求1所述的交流器控制方法，其特征在于：步骤S1中还包括依据所述母线相电压与目标相电压之间的误差计算误差变化率，进而以所述误差和所述误差变化率为依据动态调整所述主PID控制器的设置参数，所述设置参数包括比例系数、积分系数、微分系数、死区电压；其中，采用模糊控制算法或者模糊神经网络输出当前时刻的误差、误差变化率对应的主PID控制器的设置参数的更新值；即得到主PID控制器的比例系数、积分系数、微分系数、死区电压的各自更新值。4.根据权利要求3所述的交流器控制方法，其特征在于：采用的模糊神经网络包括输入
层、隶属函数层、模糊推理层、归一化层、输出层，基于模糊神...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎朝晖，马晓君，黄佳鹏，
申请(专利权)人：先进苏州储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：