[發(fā)明專利]基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡PID的有源電力濾波器控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410272556.6
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104052059A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設計）人: 楊飛;汪超;秦華;孫波;李海濤;査森森;王尉
• 申請（專利權）人: 國家電網(wǎng)公司;江蘇省電力公司淮安供電公司;江蘇省電力設計院;江蘇省電力公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡PID的有源電力濾波器控制方法，屬于電力系統(tǒng)控制領域。

背景技術

隨著電網(wǎng)拓撲結構和電路負荷的多樣性增加，諧波污染對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響越來越嚴重并且引起了人們廣泛的關注。諧波污染不僅是對電力電子技術發(fā)展的阻礙，諧波也可能引起電力系統(tǒng)中發(fā)生局部串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧波，從而放大諧波含量造成設備的燒毀，諧波還會對通信系統(tǒng)及電子設備等產(chǎn)生嚴重的干擾。由此可見，諧波污染使得電力系統(tǒng)偏離理想的、正常的電氣過程與行為，電能質量的下降不僅影響了電力系統(tǒng)安全可靠的供電，同時也會給電力系統(tǒng)帶來各種各樣的危害，對人身安全與經(jīng)濟效益有著較為嚴重的影響。諧波所帶來的危害已引起了越來越多的關注，不管是從供電系統(tǒng)正常工作、設備安全穩(wěn)定運行的角度，還是從保證電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟運行的角度，對電力系統(tǒng)諧波污染的治理已成為急需解決的問題。

有源電力濾波器（APF）被公認為是諧波治理最為有力的工具，但是APF波形控制技術一直是?PWM?逆變器領域研究的難點和熱點，各種控制理論在逆變器上都有所應用，常見的控制方案有?PID?控制、模糊控制、無差拍控制、重復控制、狀態(tài)反饋控制等。它們在各自領域解決了某些控制問題，但同樣具有各種相應的局限性。且由于PWM逆變器本質上是非線性和不確定性的，當前的所提的波形控制技術并沒有很好兼顧系統(tǒng)的魯棒性以及跟蹤波形的動態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)響應。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡PID的有源電力濾波器控制方法，科學有效治理電網(wǎng)諧波這一困擾電網(wǎng)電能質量的實際緊迫問題。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是該控制方法包括以下步驟：

步驟一，根據(jù)電力電子學，建立APF的逆變器的非線性動力學模型；

步驟二，根據(jù)步驟一建立的非線性動力學模型，設計電流控制回路的PID控制器；

步驟三，設計模糊神經(jīng)網(wǎng)絡補償控制器，用以提高逆變器電流控制回路的動態(tài)響應；

步驟四，采用PI算法，設計逆變器的電壓回路控制器，解算出逆變器輸出電流所需跟蹤的參考電流值。

其中，步驟一中逆變器的非線性動力學模型為：

其中，，為a，b，c三相電流轉換至d，q?坐標下的電流；，為旋轉坐標系下的調制系數(shù)；，為旋轉坐標系下電網(wǎng)電壓；，為逆變器交流側的電感和等效電阻；，?分別表示逆變器直流側的電容及其電壓，為工頻，表示時間；上述非線性動力學模型表示為如下：

其中，，，

，，?表示轉置，，。

其中，步驟二中電流控制回路的PID控制器設計如下：

，其中：，為控制器參數(shù)，，為參考電流值。

其中，步驟三中電流控制回路的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡補償控制器設計如下：

設定，為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入，補償控制器的輸出為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出，所設計的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的模糊規(guī)則定義如下：

其中和為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入所對應的模糊集，為Then部分的零階函數(shù)，其中，為隸屬度函數(shù)的個數(shù)，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入輸出的映射關系寫成如下：

第1層：定義隸屬度函數(shù)如下：

其中和分別是隸屬函數(shù)的平均值和標準偏差，這些參數(shù)在模糊神經(jīng)網(wǎng)絡是可調的；

第2層：節(jié)點函數(shù)定義如下：

第3層：每個節(jié)點的歸一化被定義如下：

第4層：在此層中的每個節(jié)點的輸出寫成如下：

?

第5層：整個模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出寫成如下：

于是結合PID和模糊補償控制器，得到逆變器電流控制回路控制器的輸出為：

利用滑模理論定義滑模面如下：

設計模糊補償控制器的參數(shù)調節(jié)規(guī)律如下：

其中：Sgn為開關函數(shù)，為學習率，是由構成的權值矩陣，，和被定義為：

。

其中，步驟四中采用PI算法，設計逆變器的電壓回路控制器如下：

式中：，為PI控制器增益，為設定的電壓參考軌跡，為逆變器的輸出電壓，為計算得到的電流參考值，，為初始和終止時間。