基于自適應前饋的變電站通風系統模糊PI控制方法

俞沛宙 袁 丹 陳 昕

（國網浙江寧波市鄞州區供電公司，浙江 寧波315010）

0 引言

變電站內存在許多大功率設備，會造成室內環境呈現粉塵、SF6濃度高等危害人體健康和電氣設備安全運行的環境問題，通風系統的工作狀況直接影響室內電子儀器設備的性能、使用壽命、數據安全性及準確性[1-2]。為使通風系統高效安全地運行，必須對通風量進行控制調節，變頻調速調節風量的方法可以提高風機的工作效率，達到節能的目的[3-4]。

傳統的PI控制具有結構簡單和容易實現的優勢，在通風機控制中切實可行。由于環境和大功率設備運行工況的不確定性，其參數不斷變換，要建立其精確數學模型比較困難，用常規的控制方法對風量自行調節很難達到預期效果。采用模糊PI控制策略對風量進行自動調節系統控制效果較好，但是模糊規則固定不變，當系統出現大時滯時較難精確控制。據此提出一種解耦模糊Smith預估控制器，可以解決因干擾作用引起系統控制性能變差問題，但需要建立精確的數學模型。

綜合考慮模糊控制和預測控制的優點，提出基于自適應前饋的模糊PI控制方法，實現變電站通風系統風量的自動控制，既不需要建立被控對象精確的數學模型，也解決了傳統控制器參數無法在線調整的問題，有效提高小時滯系統的動態性能，適用于非線性、強耦合的多變量系統。

1 風機通風系統控制模型

結合通風機風量需求的特點及風機的運行特性可知，風量的調節可以有一定的延時。風量與轉速一次方近似成正比，因此系統在風量的閉環控制中采用轉速反饋來進行風量的調節，不僅解決了系統的失穩問題，又能達到較好的風量控制效果。給定風量經速度轉換環節后，輸出參考轉速信號，由參考轉速信號和測得轉速信號進行比較后，得到速度偏差送入調節器進行計算處理，根據模糊推理和模糊邏輯運算規則去修改控制器的控制參數。調節器的輸出信號直接控制變頻器的輸出，所得信號為頻率信號，經限幅后進入變頻器環節輸出相應的速度，再經風機環節輸出相應的風量。

變電站通風機風量隨著葉片角的變化而變化，隨著通風機葉片角的增加，通風量也隨著增加，工作過程中，風門存在振動、氣流處于不穩定的狀態，在調節的過程中不能保證通風量的均勻性。

2 基于自適應前饋的模糊PI控制策略

2.1 模糊PI控制策略設計

由于變電站通風系統的非線性、強耦合、多干擾等因素，難以建立精確的數學模型。當被控對象的參數和結構不確定時，傳統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。

風量調節模糊控制系統結構主要由參數可調整和模糊控制系統兩部分組成。被控對象為變頻器輸出的速度信號，實現變頻調速，從而可以實現風機風量的調節。

2.2 自適應前饋補償算法研究

設計自適應前饋環節，其中既作為自適應前饋控制器的參考信號，大多數自適應參數估計都基于特定的準則，采用最小二乘辨識算法來進行自適應參數估計，基于觀測驗前方差協方差信息確定觀測信息的權矩陣，從而自適應地根據觀測信息使模型參數估計保持最優觀測精度。

自適應前饋控制使系統具有良好的抗干擾性能以及動態特性能，在不增加系統硬件的同時對寬帶和窄帶的擾動有很好的抑制效果。

3 結論

在變電站通風量的調節過程中，被控制參數（室溫）是一個隨機的、時變的參數，這使得控制器的給定值也會發生變化，傳統的單回路PI控制對控制器的給定值要求很高，而通風量的調節系統又是一個帶有時滯和干擾的對象，這時固定參數的PI控制就會引起系統超調量過大、調節時間過長甚至振蕩。自適應前饋模糊PI控制則不必對被控制對象建立完整的數學模型，特別適用于非線性、時變、模型不完全的系統。自適應前饋模糊PI控制調節通風量系統不僅響應快，超調小而且控制精度高、魯棒性好，變電站通風系統運行平穩，取得了令人滿意的效果，為變電站的環境優化提供了可靠保障。

［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.變速風力發電機組自適應模糊控制技術[J].中國電機工程學報,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.永磁同步電機變論域自適應模糊PID控制[J].中國電機工程學報,2013,33(10):190-194.