统一电能质量调节器UPQC.docx
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统一电能质量调节器UPQC
直流母线电压控制的统一电能质量调节器采用PI模糊自整定控制器
FERDIBrahim1,BENACHAIBAChellali2,BERBAOUIBrahim2,DEHINIRachid2
1University科技（大家），
电机系，
奥兰（31000）阿尔及利亚
电子邮件：
ferdi_brahim@
摘要-统一电能质量调节器（UPQC），对缓解配电系统的电压和电流谐波问题的最佳解决方案之一。
PI控制器是很常见的直流母线电压控制的UPQC。
然而，这种传统控制器的一个缺点是在调整其收益（KP和Ki）的难度。
为了克服这个问题，提出PI模糊逻辑的自整定控制器。
该控制器是模糊和PI控制器的组合。
根据错误和错误率的控制系统和模糊控制规则，模糊控制器可以在线调整PI控制器的两个增益，以获得更好的直流母线电压调节性能的任何电压或电流的谐波失真。
使用MATLAB/SIMULINK的仿真结果进行了验证所提出的控制器的性能。
结果表明，该控制器具有动态响应快，精度高跟踪直流母线电压参考。
关键词：
UPQC直流母线电压，模糊自整定PI控制器的电压和电流谐波。
引言
基于电力电子设备/负载几乎在各个领域的广泛使用高度扭曲的公共耦合点（PCC）[1]。
这多产的非线性电力电子负载，如静态整流器，可调速驱动器，DC/AC转换器，等等，不分青红皂白地使用量增加了配电系统的电压和电流失真。
这些扭曲，所造成的谐波，在电力行业的主要电能质量问题之一。
为了解决这些问题，无源滤波器得到了广泛的使用很长一段时间。
尽管它们是结构简单，并具有相对较低的投资成本，它们可以导致不必要的谐振和放大谐波电流。
为了克服无源滤波器的缺点和限制他们的表现，在有源电力滤波器的研究已经进行了积极。
并行的系统配置。
串联和并联有源电力滤波器的组合，被称为统一电能质量调节器（UPQC）。
虽然其主要缺点是其成本高且复杂的控制，UPQCs兴趣正在增长，由于其优越的性能[2]。
UPQC主要是设计到系统中，为了减轻系统谐波注入补偿电流和电压[3]。
统一电能质量调节器已被研究，适用于常规的三相电力系统，但是，有许多应用程序的统一电能质量调节器在单相系统中的[4]。
最常见的情况是所谓的PI控制器控制的dcLINKUPQC电压，因为它具有简单的结构，它可以提供相对令人满意的表现。
这个简单的控制器中的主要问题的PI增益的事实，通过使用固定增益，该控制器可以不提供所需的控制性能，当有变化的系统参数和操作条件是正确的选择。
因此，在线调整过程中，必须执行，以确保，该控制器能处理系统中的所有变化。
人工智能（AI）技术，如神经网络，模糊逻辑（FL）和遗传算法（GA）获得时下的兴趣增加。
很多技术已经被提出来调整收益的PI控制器基于人工智能技术：
自调整模糊逻辑技术提出了在线自适应PI控制器调整这些方法之一。
在这种应用中，在线调整控制器增益系统条件的变化。
这些技术的优点是，它们是无模型策略。
本文介绍了UPQC，其工作原理，还介绍了拟议的控制器，这是一个组合的模糊和PI控制器。
使用模糊逻辑调谐PI控制器联机。
使用MATLAB的SIMULINK仿真结果进行了说明和讨论。
II.UPQC及其基本操作
统一电能质量调节器（UPQC），它集成了串联和并联有源滤波器可以补偿电压和电流harmonics.TheUPQC的能力，提高电能质量，配电系统或工业电力系统的安装点。
最后，UPQC预计是高容量的敏感负载的最强大的解决方案之一。
图1示出了串联型和并联型有源滤波器[3]的组合中的统一电能质量调节器的一般结构。
可根据需要，将被安装UPQC。
因此，可以防止网络中的负载侧的电压扰动，在副传输侧或保护的其他消费者。
图1。
UPQC一般结构
A.系列有源滤波器（SAF）
系列有源滤波器串联连接，与输入的市电，通过一个低通滤波器和电压注入变压器（图1）。
低通滤波器消除了逆变器的高开关频率纹波。
该过滤器可能会注入一些相移，这可能是与负载有关，但合适的反馈控制的目的是动态调整这一转变。
SAF是负责的输入电源的电压质量补偿的不足，使得负载端的电压保持在公用设施供应的谐波不敏感。
B.并联型有源滤波器（PAF）
平行的有源滤波器（PAF）的非线性负载并联连接的通过升压电感Lf的。
要仔细选择电感的大小，较大的大小会导致较慢的响应电流控制和更小的尺寸，会导致被注入到配电系统中的逆变器的高开关频率的纹波。
血小板活化因子的主要目的，是流向实用程序来抑制负载电流的谐波，它在电流控制模式下运作。
直流连接电容C提供了常见的dcLINK电压武装部队和PAF。
理想的情况下一次充电，直流母线电压应不脱落，其充电，但由于有限的开关损耗，逆变器，电感器和电容器，一些有功功率消耗和直流母线电压充电需要保持在一个闭环控制，通过PAF。
但是应当指出，连续的收费是通过PAF的C，不需要额外的源电压支持。
C.控制系统
控制系统的目的是维持源电流和负载电压波形正弦。
通常由一个电压和电流参考值生成方法，该方法确定由SAF或PAF和VSI控制是在这项工作中，应注射的参考电压或电流与PI控制器的PWM控制系统的一般结构。
控制器的输入是从参考电压或电流，并且注入的电压或电流（图2）的值获得的误差信号。
这种误差进行处理，然后输出所提供的PWM信号发生器，以产生所需的电压或电流注入控制的电压源逆变器（VSI）一个PI控制器。
图2。
UPQC控制原理
D.电流和电压参考生成
参与产生参考信号的几种控制方式已经讨论了在文学，其中的同步参考坐标法[5]。
这种方法的基础上进行改造的电流在ABC帧同步旋转DQ-0帧。
图3说明的基本构建块的方法和实施MATLAB/SIMULINK产生电流参考。
的DCLINK电压调节是通过PAF通过SRF方法，因为它是在图3中示出。
电压参考系列有源滤波器可以根据几乎相同的过程[6]。
该abc_to_dq0变换块计算两轴旋转坐标系的三相正弦信号中的直轴，二次轴，和零序量。
使用下面转型：
式中，ω=旋转速度（弧度/秒），在旋转架和ia，ib和集成电路的负载电流。
的参照帧是同步的交流电流，并在相同的频率（ω=2πF）旋转。
改造的角度被检测到，通过使用一个锁相回路（PLL）。
i0是零序等于零的组分，它是在3相3线制平衡的系统，Id和Iq的DC和AC分量组成的，从而使它们可以表示为：
凡迪和补气的直流分量基本电流，同时由于二〜气〜由于谐波电流的交流分量。
为了补偿无功功率和消除谐波电流id值，AC成分被送入由PAF，而智商必须充分供给，因为它是由PAF也可以以这种方式来实现无功功率补偿。
的AC部分的id是由于高次谐波成分，因此，如果它被输送到负载的PAF，网格（源）电流保持正弦曲线，而负荷不断接收到相同数量的谐波与基波电流。
交流和直流分量，由一个低通滤波器，可以分离。
要返回成ABC帧，下面的转换：
在此方法中最重要的特性之一，是不考虑源极电压的情况下，参考电流直接从负载电流得到。
这是一个重要的优点，因为产生的参考信号是不会受到电压不平衡或电压畸变，因此增加了补偿的鲁棒性和性能。
图3。
框图参考电流提取和直流母线电压调节通过SRF方法。
III。
传统的PI控制器
广泛使用的比例积分（PI）控制器背后的原因是其控制系统的稳态误差控制的有效性，也容易实现。
然而，这种传统补偿的一个缺点是在调整其收益的难度。
传统的PI控制器（图4）式的形式。
（5），其中U是控制输出被馈送到PWM信号发生器。
KP和KI分别比例和积分增益，这些收益取决于系统参数。
ε是误差信号，该信号的直流链路电压（VDC）的区别是直流链路的参考电压（VDC_ref）。
图4。
PI控制器的直流母线电压控制
四。
PI模糊自整定控制器
PI模糊自整定控制器，因为它是在图5所示的建议。
该输出控制信号的测定，是在有规则的基础上，具有if-then规则的形式推理引擎
常数KP和KI的值改变与规则的基础上，根据该误差信号ε的值，并率的误差Δε。
规则库的结构和决心完成使用试验和错误的方法，并通过实验也做。
图5。
PI获得在线调整模糊逻辑控制器（FLC）
FLC包括三个阶段：
模糊化，规则的执行，和去模糊化，如图6所示。
在第一阶段，清脆的变量ε，Δε转换成使用图7中所示的三角形的隶属函数的模糊变量。
分为5个模糊子集：
NL（负大），NS（负小），ZE（零），PS（正小），和PL（阳性大）的每一个宇宙的话语。
每个模糊变量是一个介于0和1之间的不同的成员有一定程度的子集的成员。
图6。
FLC示意图
在第二阶段中，FLC，模糊变量ε，Δε由推理机执行的一组控制规则的规则库中包含的（5×5）的处理。
使用模拟的尝试和错误的方法都是使用控制规则，并通过实验也做。
可以使用不同的推理算法，以产生输出模糊变量的模糊集合的值。
在本文中，最大最小推理算法。
推理引擎的输出变量将被转换成一个清晰值在逆模糊化阶段。
在文献中已经提出了各种解模糊算法。
在本文中，重心解模糊算法的使用，在这种清脆的重心为中心的隶属函数值的计算方法。
每个分区的定义中的传播，或与此相反的宽度和隶属函数的对称性，一般是动态和稳态精度之间的折衷。
等距分区，因此对称三角形是一个非常合理的选择。
宇宙的话语被归在区间[-22]。
所以，我们需要乘以控制器的输入和输出变量，通过调整收益（缩放因子），以适应这些变量归间隔[7-9]。
图7。
隶属函数的输入ε，Δε和输出
五，模拟结果与讨论
所提出的系统配置图1的MatlabSimulink的模拟，因为它是在图8中示出。
这个模拟的任务是建议控制器UPQC可以面对所有可能的情况下，在稳态和瞬态状态古典PI控制器相比，性能进行评估。
因此，4例已执行模拟。
在这些情况下，有：
1）电压源（相当于在PCC）的电源系统和负载电流不包括谐波，2）谐波仅在电压源，3），在这两个电压源的谐波和负载电流，4）仅在负载电流中的谐波。
为了简单和清楚起见，仅示出一相的（一相）的结果进行讨论。
但在年底，模拟的四种情形三个阶段得到确认，我们正在处理的三相系统图12。
图8。
MATLAB/SIMULINK模型研究的系统配置
在下面的模拟，统一电能质量调节器的主要特点是设置为：
耦合变压器比为1:
1，标称电压源基于IGBT全桥逆变器控制的PWM信号发生器，换向频率为12kHz时，电容的能量储存银行8.8MF，直流环节电压850伏，相电压220伏和源频率为50赫兹。
负载由非线性负载的80千伏安和40千瓦的阻性负载。
注入的谐波电流和电压的控制是通过一个传统的PI控制器。
的PI模糊自整定控制器是用于控制的通用电容器电压的dcLINK。
仿真结果示于图9，10，11和12。
从图9和图10中，我们可以观察到：
第一种情况：
电压源和负载电流，包括无谐波（0.1秒-0.2秒）。
统一电能质量调节器处于待机模式时，没有电流或电压的谐波被注入在电力系统中，由于源电压和负载电流的正弦。
直流母线电压已达到上面所提出的控制器（图11）的基准值（850V）的稳定性，但仍在继续向PI控制器的参考值（图9）。
第二种情况：
谐波电压源（0.2秒-0.3秒）
在这种情况下UPQC补偿电压的谐波，因此，SAF被注入第五和第七次谐波的振幅（20％）（14％）。
THD源电压为24.62％，补偿后的负载电压THD变为0.66％。
微不足道的振荡（<1％），两个控制器在850V的直流母线电压几乎保持稳定。
图9。
在稳态和瞬态状态表现为图11。
在稳态和瞬态状态表现为
四种情况PI控制器UPQC四种情况PI模糊自整定控制器UPQC
图10。
直流链路电压包括两个控制器的启动期间四种情况。
图12。
UPQC在稳态和瞬态状态表现为四种情况（三相系统）
第三个情况：
谐波源电压和负载电流（0.3秒-0.4秒）。
在这种情况下，统一电能质量调节器补偿的源极电压和负载电流的谐波，从而，SAF注入第五和第七次谐波的幅度（20％）（14％），PAF是注入电流谐波的顺序6k的±1（ķ自然数）而生成的非线性负载。
THD源电压为24.62％，补偿后的负载电压总谐波失真变为0.66％，也对负载电流的THD为17.83％和补偿后的源电流THD变为0.57％。
直流母线电压下降至770V的时刻非线性负载（0.3秒）的连接，然后PI控制器0.1秒后恢复。
但该控制器的dcLINK电压仅下降至820V和0.085小号后恢复。
第四情况：
负载谐波电流（0.4秒-0.5秒）。
在这种情况下UPQC补偿因此，只有电流谐波;PAF注入电流谐波为了6K±1。
负载电流的总谐波失真是17.83％，补偿后的源电流THD变为0.57％。
微不足道的振荡（<1％），两个控制器在850V的直流母线电压几乎保持稳定。
图10示出的直流链路电压可用于所有的情况下，包括两个控制器的启动期间的行为。
从这个数字中，我们可以看到一个重要的过冲49％，PI控制器对只有7％的建议。
PI控制器的直流链路电压的起点太消极（-440V），不可能允许在实际情况下，因为它的极性反转的电容。
但该控制器的dcLINK电压开始只有-66V这在实际情况下，可以容忍。
的PI模糊自整定控制器与PI控制器是非常快的，因为第一个达到稳定在0.022s，而第二个控制器达到稳定在0.15s。
此外，我们还可以说，该控制器具有快速瞬态响应与PI控制器方面，因为引入的非线性负载点（0.3秒）直流母线电压下降了3.5％和0.085s后恢复，而下降9.4％和0.1秒后，PI控制器恢复。
最后，从这些模拟，它是明确的和明显的，这两个控制器不影响的补偿电压和电流谐波（因为它们是由其它控制器的控制），但它们的直流链路电压的行为有很大的影响。
PI模糊自整定UPQC可以发现所有可能的情况下，比传统的PI控制器在稳态和瞬态状态表现出更好的性能。
六。
结论
UPQC是一种有效的定制电力设备的电压和电流谐波缓解，走在这样的电力系统保持负载电压和电流源正弦它注入到适当的电压和电流谐波。
本文PI模糊自整定控制器，直流母线电压调节。
该控制器结合了模糊逻辑古典PI控制器在线调整PI增益。
该控制器的主要优点之一是对系统参数的变化较不敏感的，此外，该控制器解决了这个问题的PI调谐。
仿真结果分析表明，该控制器的特点是快速的瞬态响应和状态跟踪精度高，处于稳定状态的直流母线电压参考。
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