Metodo per migliorare la qualità della potenza

Esistono molti dispositivi e misure per migliorare la qualità dell'energia. Nuovi dispositivi con dispositivi elettronici ad alta potenza come unità di base possono essere utilizzati per sopprimere o compensare efficacemente vari disturbi a breve termine e transitori nel sistema di alimentazione, mentre le misure convenzionali sono adatte per la regolazione della tensione di stato stazionario. I dispositivi di controllo della qualità della potenza possono essere divisi nelle seguenti tre categorie in base alle loro funzioni: dispositivi di compensazione reattiva, filtri e condizionatori di qualità di potenza unificati (UPQC) che si concentrano sulla risoluzione di problemi di qualità di potenza transitoria. Al fine di fare in modo che il dispositivo di controllo della qualità dell'alimentazione fornisca piena funzione alla sua funzione di progettazione, è fondamentale adottare metodi di analisi e controllo accurati ed efficienti. Innanzitutto, è necessario ottenere informazioni tempestive e accurate sulla "fonte", come tensione trifase, corrente trifase, corrente neutra e tensione da neutro a terra, quindi analizzare queste informazioni sulla sorgente in tempo reale e rapidamente per ottenere le informazioni di controllo richieste. Il dispositivo di controllo utilizza metodi di controllo appropriati per produrre azioni corrispondenti in base a queste informazioni di controllo e infine ottiene l'effetto di compensazione ideale.
1. Estrazione di segnali di disturbo
Per problemi di qualità della potenza come fluttuazioni di tensione e sfarfallio, armoniche e squilibrio trifase, che cambiano relativamente lentamente e durano a lungo, il metodo dei componenti simmetrici e il metodo di analisi armonica sono i metodi di analisi del dominio temporale più comunemente usati. Sono caratterizzati da semplici espressioni matematiche e di chiari concetti fisici. Tuttavia, il metodo di analisi del dominio del tempo ha una grande quantità di calcolo e richiede molto tempo e non può ottenere il controllo in tempo reale e online. Pertanto, il metodo di trasformazione deve essere utilizzato per ottenere rapidamente e accuratamente il segnale di controllo richiesto. Come metodo di elaborazione del segnale più classico, la trasformazione di Fourier svolge un ruolo importante nel rilevamento della qualità della potenza. Allo stato attuale, la trasformata discreta di Fourier (DFT) e la trasformata di Fourier (FFT) di vari algoritmi sono diventati la base dell'analisi dello spettro e dell'analisi armonica.
Per disturbi della qualità della potenza come caduta di tensione, aumento della tensione, impulso istantaneo e interruzione della tensione istantanea, a causa della sua breve durata e una grande casualità nel tempo di occorrenza, la trasformazione di Fourier non può più soddisfare i requisiti, quindi è necessario utilizzare nuovi metodi di analisi del segnale, come la trasformata di Fourier finestra, la trasformata di Fourier breve e la trasformata wavelet. Inoltre, la combinazione di metodi di analisi tradizionale con metodi intelligenti emergenti è anche una tendenza nell'analisi dei problemi di qualità del potere.
Il rilevamento e l'analisi della corrente armonica è un altro aspetto importante dell'analisi della qualità del potere. Existing harmonic current detection methods include detection methods based on Fryze power definition, analog bandpass filter detection methods, FFT detection methods based on frequency domain analysis, synchronous determination methods, adaptive detection methods, instantaneous detection methods of distorted current based on instantaneous reactive power theory, etc. In addition, there are time-varying harmonic detection methods based on wavelet transform, harmonic current detection methods based on phase discrimination principle, e metodi di rilevamento armonico basati su reti neurali artificiali. Tra questi, il metodo di rilevamento di corrente armonica basato sulla teoria del potere reattivo istantaneo proposto da H. akagi et al. Nel 1984 ha forti prestazioni in tempo reale ed è stato ampiamente utilizzato nel filtro attivo. Tuttavia, questo metodo ignora l'influenza dei componenti a sequenza zero. Quando la tensione è distorta, la corrente armonica ottenuta è diversa dal valore effettivo. La trasformazione DQ 0 basata sulla teoria del potere reattivo istantaneo generalizzato può rilevare la corrente armonica in modo più accurato e in tempo reale.
2. Strategia di controllo
Una volta rilevate e analizzate le informazioni sul problema della qualità dell'alimentazione, è necessario utilizzare un metodo di controllo efficace per eliminare o sopprimere queste informazioni. Il metodo di controllo utilizzato è strettamente correlato al tipo di problema di qualità di potenza e al dispositivo di controllo.
Alcuni dispositivi tradizionali utilizzati per la regolazione della tensione a stato stazionario, come condensatori di shunt, reattori shunt, tocchi di trasformatore, ecc., Sono meccanici. Reagiscono lentamente ai problemi di qualità del potere, hanno un controllo impreciso e hanno capacità di regolazione limitate. In passato sono stati generalmente utilizzati metodi di controllo manuale. Ora, alcuni dispositivi utilizzano metodi di commutazione automatici. Le loro strategie di controllo includono un controllo ad anello aperto molto semplice e strategie di controllo moderne come il controllo fuzzy e il controllo intelligente.
Esistono più metodi di controllo per i dispositivi di controllo della qualità dell'alimentazione basati sulla tecnologia di elettronica di potenza e collegati al sistema di alimentazione attraverso convertitori, come SVG (generatore VAR statico), APF (filtro di potenza attivo), DVR (restauratore di tensione dinamica), DSTATCOM (IE parallelo DVR), UPQC, ecc. La tecnologia di controllo PWM per i convertitori è attualmente il metodo di controllo più comunemente usato. Regolando l'angolo di conduzione ∆ e la larghezza dell'impulso di modulazione ｈ, lo scambio attivo o reattivo tra il dispositivo di accumulo di energia e la griglia di potenza può essere controllato in quattro quadranti e le armoniche sul lato CA possono essere efficacemente soppresse. Secondo il segnale di disturbo della qualità di potenza estratto, viene determinato il segnale di trigger del convertitore finale. Al momento, i metodi di controllo ampiamente studiati e applicati sono i seguenti:

a.Controllo PID: questo è il metodo più comunemente usato nel sistema di alimentazione. Ha una teoria perfetta, una forte robustezza, una buona stabilità, un'elevata precisione allo stato stazionario ed è facile da implementare in ingegneria. Il controllo PID classico utilizza moduli di controllo tipici come proporzionali, integrali e differenziali, oltre a diverse reti di correzione, che possono migliorare le prestazioni dinamiche e stazionarie del sistema. Tuttavia, il controllo PID presenta anche carenze come la risposta al superamento, la scarsa capacità di perturbare i parametri del sistema e la resistenza al disturbo del carico. Pertanto, sono emersi metodi di controllo e controllo del PID parametri variabili come la combinazione di PID con il controllo della struttura variabile.
b.Controllo del confronto di isteresi: al momento, il metodo di controllo più utilizzato per il monitoraggio delle correnti armoniche è il controllo del confronto dell'isteresi. Il principio del controllo di confronto di isteresi è quello di confrontare la quantità controllata con il suo valore dato all'interno di un determinato intervallo per determinare la tempistica di commutazione dell'elemento di commutazione del convertitore di potenza. Il controllo di confronto di isteresi presenta i vantaggi della velocità di risposta rapida, dell'accuratezza del controllo elevato, della facile implementazione e non è necessario comprendere le caratteristiche del carico; Lo svantaggio principale è che la frequenza di commutazione non è fissa, vi è una grave interferenza di fase se utilizzata nel sistema a tre fili trifase e la quantità controllata spesso non può essere controllata efficacemente quando il carico è commutato. La combinazione con il controllo vettoriale e altri metodi può superare efficacemente gli svantaggi di cui sopra.
c.Controllo vettoriale spaziale: il principio del controllo del vettore spaziale è quello di ottenere la quantità DC (DQ) in base al sistema di coordinate rotanti a due fasi mediante trasformazione del parco dalla quantità CA misurata (ABC) in base al sistema di coordinate stazionarie trifase, realizzare il controllo di disaccoppiamento e avere buone prestazioni stazionarie e prestazioni transitorie. I metodi di controllo vettoriale convenzionali richiedono operazioni complesse di funzionalità sine e tangente inversa, che sono generalmente elaborate da DSP; Al fine di abbreviare il tempo di funzionamento in tempo reale e ridurre i requisiti per l'hardware, è possibile utilizzare alcuni algoritmi semplificati.
d.Controllo deadbeat: Kpgokhale et al. Proprio ha proposto il metodo di controllo deadbeat inverter nel 1987. La sua idea principale è quella di dedurre la quantità di controllo dello switch del ciclo successivo in base all'equazione dello stato del sistema e alle informazioni sullo stato corrente e infine a raggiungere lo scopo di rendere la quantità di output tracciare la quantità di input. L'uso del controllo mortale può eliminare gli errori allo stato stazionario e terminare il processo di transizione nel più breve tempo; Tuttavia, ha anche svantaggi come scarsa robustezza, grande superamento della risposta transitoria, forte calcolo in tempo reale e elevati requisiti hardware. L'uso del controllo deadbeat con l'osservatore dello stato di disturbo o la tecnologia di controllo predittivo ottimale può migliorare notevolmente le prestazioni del controllo mortale.
e.Linearizzazione del feedback: il metodo DFL (Feedback di feedback diretto (DFL) converte il sistema originale in un sistema lineare compensando accuratamente i fattori non lineari del sistema, che possono essere controllati dalla teoria del controllo lineare.
f.Controllo robusto non lineare: considerando che le PMI (dispositivo di accumulo di energia superconduttore) saranno influenzate da varie incertezze durante il funzionamento effettivo, l'interferenza può essere introdotta nel modello deterministico delle PMI per ottenere un modello robusto non lineare di secondo ordine. Per questo modello non lineare, il metodo di linearizzazione del feedback può essere applicato per renderlo linearizzato a livello globale, quindi la legge di controllo di tutti i sistemi lineari può essere utilizzata per il controllo; oppure la teoria del controllo robusta può essere utilizzata direttamente per progettare il controller. Il rappresentante più tipico della robusta teoria del controllo basata sull'ottimizzazione di alcuni indicatori di performance è la teoria del controllo di H∞ introdotta dallo studioso canadese G. Zames nel 1981. Questa teoria si è ora sviluppata a un livello relativamente maturo ed è diventata un potente strumento per l'analisi e la progettazione di sistemi incerti.
g.Controllo adattivo: il sistema PMI reali sarà inevitabilmente influenzato dai disturbi del carico e dai cambiamenti in altri fattori ambientali durante il funzionamento. È ovviamente difficile ottenere risultati soddisfacenti utilizzando un controller convenzionale per adattarsi a vari cambiamenti con una serie di parametri del controller invariati. Il metodo di controllo adattivo può identificare il modello di sistema online, quindi regolare i parametri del controller in tempo secondo il modello di sistema e gli indicatori di controllo per ottenere un controllo ad alta precisione.
h.Controllo logico fuzzy: quando si progetta un controller usando il "metodo del dominio di frequenza" della teoria del controllo classico e il "metodo del dominio del tempo" della teoria del controllo moderna, deve essere noto il modello matematico preciso dell'oggetto controllato. Sebbene il controllo adattivo e il controllo di auto-correzione abbiano ridotto notevolmente i requisiti per la precisione della modellazione, richiedono l'uso di una grande quantità di dati precedenti e richiedono l'identificazione online del modello. L'algoritmo è complesso e la quantità di calcolo è grande, il che limita il suo ambito di applicazione. Come metodo di controllo intelligente, Fuzzy Control non richiede un modello matematico accurato per il sistema. Descrivendo sfocato le caratteristiche del sistema, il costo per ottenere le caratteristiche dinamiche e statiche del sistema può essere notevolmente ridotto. Il controllo fuzzy ha una forte robustezza ed è insensibile alle interferenze esterne, ai cambiamenti dei parametri di processo e ai fattori non lineari. Tuttavia, il controllo fuzzy ha errori a stato stazionario ed è soggetto a oscillazioni su piccola scala vicino al punto operativo. Altri metodi di controllo possono essere combinati con il controllo fuzzy, come il controllo della struttura variabile e le reti neurali artificiali, per migliorare le prestazioni del controllo fuzzy.
i.Rete neurale artificiale (ANN): le reti neurali artificiali hanno capacità adattive e auto-organizzanti e possono apprendere la relazione non lineare tra input e output sulla base di esse senza la necessità di un modello matematico del sistema; La tolleranza ai guasti e l'adattabilità di Ann possono far fronte a molti fattori incerti nel funzionamento di sistemi complessi e migliorare la capacità anti-interferenza del sistema; La struttura parallela intrinseca e le capacità di elaborazione parallela di ANN consentono di elaborare rapidamente grandi quantità di dati nel sistema.
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