俞沛宙 袁 丹 陳 昕

（國(guó)網(wǎng)浙江寧波市鄞州區(qū)供電公司，浙江 寧波315010）

0 引言

變電站內(nèi)存在許多大功率設(shè)備，會(huì)造成室內(nèi)環(huán)境呈現(xiàn)粉塵、SF6濃度高等危害人體健康和電氣設(shè)備安全運(yùn)行的環(huán)境問題，通風(fēng)系統(tǒng)的工作狀況直接影響室內(nèi)電子儀器設(shè)備的性能、使用壽命、數(shù)據(jù)安全性及準(zhǔn)確性[1-2]。為使通風(fēng)系統(tǒng)高效安全地運(yùn)行，必須對(duì)通風(fēng)量進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法可以提高風(fēng)機(jī)的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的[3-4]。

傳統(tǒng)的PI控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，在通風(fēng)機(jī)控制中切實(shí)可行。由于環(huán)境和大功率設(shè)備運(yùn)行工況的不確定性，其參數(shù)不斷變換，要建立其精確數(shù)學(xué)模型比較困難，用常規(guī)的控制方法對(duì)風(fēng)量自行調(diào)節(jié)很難達(dá)到預(yù)期效果。采用模糊PI控制策略對(duì)風(fēng)量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制效果較好，但是模糊規(guī)則固定不變，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)大時(shí)滯時(shí)較難精確控制。據(jù)此提出一種解耦模糊Smith預(yù)估控制器，可以解決因干擾作用引起系統(tǒng)控制性能變差問題，但需要建立精確的數(shù)學(xué)模型。

綜合考慮模糊控制和預(yù)測(cè)控制的優(yōu)點(diǎn)，提出基于自適應(yīng)前饋的模糊PI控制方法，實(shí)現(xiàn)變電站通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量的自動(dòng)控制，既不需要建立被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，也解決了傳統(tǒng)控制器參數(shù)無法在線調(diào)整的問題，有效提高小時(shí)滯系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，適用于非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。

1 風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)控制模型

結(jié)合通風(fēng)機(jī)風(fēng)量需求的特點(diǎn)及風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性可知，風(fēng)量的調(diào)節(jié)可以有一定的延時(shí)。風(fēng)量與轉(zhuǎn)速一次方近似成正比，因此系統(tǒng)在風(fēng)量的閉環(huán)控制中采用轉(zhuǎn)速反饋來進(jìn)行風(fēng)量的調(diào)節(jié)，不僅解決了系統(tǒng)的失穩(wěn)問題，又能達(dá)到較好的風(fēng)量控制效果。給定風(fēng)量經(jīng)速度轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)后，輸出參考轉(zhuǎn)速信號(hào)，由參考轉(zhuǎn)速信號(hào)和測(cè)得轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行比較后，得到速度偏差送入調(diào)節(jié)器進(jìn)行計(jì)算處理，根據(jù)模糊推理和模糊邏輯運(yùn)算規(guī)則去修改控制器的控制參數(shù)。調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)直接控制變頻器的輸出，所得信號(hào)為頻率信號(hào)，經(jīng)限幅后進(jìn)入變頻器環(huán)節(jié)輸出相應(yīng)的速度，再經(jīng)風(fēng)機(jī)環(huán)節(jié)輸出相應(yīng)的風(fēng)量。

變電站通風(fēng)機(jī)風(fēng)量隨著葉片角的變化而變化，隨著通風(fēng)機(jī)葉片角的增加，通風(fēng)量也隨著增加，工作過程中，風(fēng)門存在振動(dòng)、氣流處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，在調(diào)節(jié)的過程中不能保證通風(fēng)量的均勻性。

2 基于自適應(yīng)前饋的模糊PI控制策略

2.1 模糊PI控制策略設(shè)計(jì)

由于變電站通風(fēng)系統(tǒng)的非線性、強(qiáng)耦合、多干擾等因素，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)被控對(duì)象的參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定時(shí)，傳統(tǒng)控制方法較難確保理想的控制性能，采用模糊邏輯控制是有效的解決方法。

風(fēng)量調(diào)節(jié)模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由參數(shù)可調(diào)整和模糊控制系統(tǒng)兩部分組成。被控對(duì)象為變頻器輸出的速度信號(hào)，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，從而可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。

2.2 自適應(yīng)前饋補(bǔ)償算法研究

設(shè)計(jì)自適應(yīng)前饋環(huán)節(jié)，其中既作為自適應(yīng)前饋控制器的參考信號(hào)，大多數(shù)自適應(yīng)參數(shù)估計(jì)都基于特定的準(zhǔn)則，采用最小二乘辨識(shí)算法來進(jìn)行自適應(yīng)參數(shù)估計(jì)，基于觀測(cè)驗(yàn)前方差協(xié)方差信息確定觀測(cè)信息的權(quán)矩陣，從而自適應(yīng)地根據(jù)觀測(cè)信息使模型參數(shù)估計(jì)保持最優(yōu)觀測(cè)精度。

自適應(yīng)前饋控制使系統(tǒng)具有良好的抗干擾性能以及動(dòng)態(tài)特性能，在不增加系統(tǒng)硬件的同時(shí)對(duì)寬帶和窄帶的擾動(dòng)有很好的抑制效果。

3 結(jié)論

在變電站通風(fēng)量的調(diào)節(jié)過程中，被控制參數(shù)（室溫）是一個(gè)隨機(jī)的、時(shí)變的參數(shù)，這使得控制器的給定值也會(huì)發(fā)生變化，傳統(tǒng)的單回路PI控制對(duì)控制器的給定值要求很高，而通風(fēng)量的調(diào)節(jié)系統(tǒng)又是一個(gè)帶有時(shí)滯和干擾的對(duì)象，這時(shí)固定參數(shù)的PI控制就會(huì)引起系統(tǒng)超調(diào)量過大、調(diào)節(jié)時(shí)間過長(zhǎng)甚至振蕩。自適應(yīng)前饋模糊PI控制則不必對(duì)被控制對(duì)象建立完整的數(shù)學(xué)模型，特別適用于非線性、時(shí)變、模型不完全的系統(tǒng)。自適應(yīng)前饋模糊PI控制調(diào)節(jié)通風(fēng)量系統(tǒng)不僅響應(yīng)快，超調(diào)小而且控制精度高、魯棒性好，變電站通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，取得了令人滿意的效果，為變電站的環(huán)境優(yōu)化提供了可靠保障。

［1］Jung J.-W.,Choi Y.-S.,Leu V.Q.,et al.Fuzzy PI-type current controllers for permanent magnet synchronous motors[J].IET Electric Power Applications,2011,5(1):143-152.

［2］陳家偉,陳杰,陳冉,等.變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自適應(yīng)模糊控制技術(shù)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2011,31(21):868-872.

［3］Zhou H.,Ying H.A method for deriving the analytical structure of a broad class of typical interval type-2 Mamdani fuzzy controllers[J].IEEE Transactions on Fuzzy Systems，2013,21(3):447-458.

［4］崔家瑞,李擎,張波,等.永磁同步電機(jī)變論域自適應(yīng)模糊PID控制[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2013,33(10):190-194.