一种电能质量综合管理器的PI优化控制方法及装置与流程

一种电能质量综合管理器的pi优化控制方法及装置
技术领域
1.本发明涉及电能质量综合管理器的优化控制领域，更具体涉及一种电能质量综合管理器的pi优化控制方法及装置。


背景技术：

2.电能质量综合管理器是一种用于动态治理配网三相不平衡、补偿无功的新型电力电子装置，它能够根据配网用户由于不同时间段或不同负荷导致的配网三相不平衡电流，利用控制算法分离出不平衡电流的正负零序及无功，通过控制功率器件igbt的开通与关断，使逆变器发出与之相反的抵消电流，达到消除不平衡及补偿无功的作用。
3.电能质量综合管理器的控制策略采用的是电压外环和电流内环的双闭环策略，电压外环实现自稳压。电流内环实现对电流指令信号的实时跟踪。电能质量综合管理器可同时抑制电流谐波、无功和三相电流不平衡，即其电流环指令信号中含有高次分量，pi控制的电流环不能对其进行无静差跟踪。此时可采用pi串联重复控制的方式，即电流指令信号除误差信号外，还叠加了一个“过去的控制误差”，该误差是上一个周期该时刻的控制误差。把上一次运行时的误差反映到现在，和“现在的误差”一起加到电流指令信号进行控制，这种控制方式，误差重复被使用，称为重复控制。经过几个周期的重复控制之后可以大大提高系统的跟踪精度，改善系统品质。这种控制方法不仅适用于跟踪周期性输入信号，也可以抑制周期性干扰。
4.重复控制的引入可提升电能质量综合管理器对重复性信号的跟踪能力，但会影响到负载突变时的动态响应能力。电能质量综合管理器的动态响应能力主要取决于指令信号突变后一个周期内pi(比例积分)控制器的控制性能，但是由于pi控制器对交流信号跟踪能力不足，在这一个周期里会有较大误差，所以为了进一步提高其动态响应能力，需要对pi控制器进行优化设计。百度学术2020年12月26日公开了文献《配电网电能质量综合治理控制策略研究》，其主要内容是采用底层和应用层两层控制技术，底层控制以直接电流控制技术为核心，其负责将指定的内环电流和霍尔采样电流进行pi反馈运算以后叠加到前馈电压中，用于电流的稳定控制。应用层控制用于生成指令电流，目的是将被控系统中的治理方案进行解耦，并融合有功电流、无功电流、谐波电流3个电流，最终得到合成的指令电流，并将得到和合成电流进行最终限幅以防止电能质量综合优化装置内部的电力电子器件过流。但是该文献没有对pi控制器进行优化设计，不能提高电能质量综合管理器的控制系统的动态响应能力。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于现有技术缺乏应用于电能质量综合管理器的pi控制器优化控制方法，导致难以提高电能质量综合管理器的控制系统的动态响应能力。
6.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种电能质量综合管理器的pi优化控制方法，所述方法包括：采用用于根据周期对每个采样点的误差进行逐个积分的
递推pi控制器对电能质量综合管理器进行控制。
7.传统的pi控制器传递函数为
[0008][0009]
其中，k
p
为比例系数,k
i
为积分系数。
[0010]
所述递推pi控制器对输入误差的传递函数为
[0011][0012]
其中，nt表示基波周期，e
()
表示以e为底的指数函数，s表示变量。
[0013]
所述递推pi控制器的闭环传递函数为
[0014][0015]
所述递推pi控制器的频率响应为
[0016][0017]
其中，j表示虚部符号，ω表示角频率。
[0018]
本发明采用用于根据周期对每个采样点的误差进行逐个积分的递推pi控制器对电能质量综合管理器进行控制，该控制的作用可以视为n个互相独立工作的传统pi控制器同时响应，理论上可以实现对指令的无差跟踪，因此能够大大提高电能质量综合管理器的控制系统的动态响应能力。
[0019]
进一步地，当ω＝2πfn时，g
pib
(jω)＝g
pib
(j2πfn)＝1，其中，f为基波频率，n为谐波次数且n为大于等于0的整数。
[0020]
本发明还提供一种电能质量综合管理器的pi优化控制装置，所述装置用于：采用用于根据周期对每个采样点的误差进行逐个积分的递推pi控制器对电能质量综合管理器进行控制。
[0021]
传统的pi控制器传递函数为
[0022][0023]
所述递推pi控制器对输入误差的传递函数为
[0024][0025]
其中，k
p
表示比例系数，k
i
表示积分系数，nt表示基波周期，e
()
表示以e为底的指数函数，s表示变量。
[0026]
所述递推pi控制器的闭环传递函数为
[0027][0028]
所述递推pi控制器的频率响应为
[0029][0030]
其中，j表示虚部符号，ω表示角频率。
[0031]
进一步地，当ω＝2πfn时，g
pib
(jω)＝g
pib
(j2πfn)＝1，其中，f为基波频率，n为谐波次数且n为大于等于0的整数。
[0032]
本发明的优点在于：本发明采用用于根据周期对每个采样点的误差进行逐个积分的递推pi控制器对电能质量综合管理器进行控制，该控制的作用可以视为n个互相独立工作的传统pi控制器同时响应，理论上可以实现对指令的无差跟踪，因此能够大大提高电能质量综合管理器的控制系统的动态响应能力。
具体实施方式
[0033]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]
实施例1
[0035]
一种电能质量综合管理器的pi优化控制方法，所述方法包括：采用用于根据周期对每个采样点的误差进行逐个积分的递推pi控制器对电能质量综合管理器进行控制，该控制的作用可以视为n个互相独立工作的传统pi控制器同时响应，理论上可以实现对指令的无差跟踪。
[0036]
传统的pi控制器传递函数为
[0037][0038]
k
p
为比例系数,k
i
为积分系数
[0039]
所述递推pi控制器对输入误差的传递函数为
[0040][0041]
其中，k
p
表示比例系数，k
i
表示积分系数，nt表示基波周期，e
()
表示以e为底的指数函数，s表示变量。
[0042]
所述递推pi控制器的闭环传递函数为
[0043][0044]
其中，k
p
表示比例系数，k
i
表示积分系数，nt表示基波周期，e
()
表示以e为底的指数函数，s表示变量，g()表示传统的pi控制器传递函数。
[0045]
由式(3)不难得出所述递推pi控制器的频率响应为
[0046][0047]
其中，k
p
表示比例系数，k
i
表示积分系数，nt表示基波周期，s表示变量，j表示虚部
符号，ω表示角频率。
[0048]
令ω＝2πfn时，g
pib
(jω)＝g
pib
(j2πfn)＝1(5)
[0049]
其中，f为基波频率，n为谐波次数且n为大于等于0的整数。由式(5)不难看出：递推pi控制器的频率响应的幅值在基波整数倍频率处为1，故递推pi控制器在理论上可以实现对谐波信号的无静差响应。
[0050]
通过以上技术方案，本发明采用用于根据周期对每个采样点的误差进行逐个积分的递推pi控制器对电能质量综合管理器进行控制，该控制的作用可以视为n个互相独立工作的传统pi控制器同时响应，理论上可以实现对指令的无差跟踪，因此能够大大提高电能质量综合管理器的控制系统的动态响应能力。
[0051]
实施例2
[0052]
本发明还提供一种电能质量综合管理器的pi优化控制装置，所述装置用于：采用用于根据周期对每个采样点的误差进行逐个积分的递推pi控制器对电能质量综合管理器进行控制。
[0053]
具体的，所述递推pi控制器对输入误差的传递函数为
[0054][0055]
其中，k
p
表示比例系数，k
i
表示积分系数，nt表示基波周期，e
()
表示以e为底的指数函数，s表示变量。
[0056]
具体的，所述递推pi控制器的闭环传递函数为
[0057][0058]
其中，k
p
表示比例系数，k
i
表示积分系数，nt表示基波周期，e
()
表示以e为底的指数函数，s表示变量，g()表示传统的pi控制器传递函数。
[0059]
具体的，所述递推pi控制器的频率响应为
[0060][0061]
其中，k
p
表示比例系数，k
i
表示积分系数，nt表示基波周期，s表示变量，j表示虚部符号，ω表示角频率。
[0062]
更具体的，当ω＝2πfn时，g
pib
(jω)＝g
pib
(j2πfn)＝1，其中，f为基波频率，n为谐波次数且n为大于等于0的整数。
[0063]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。