工業(yè)多點(diǎn)監(jiān)控DVR系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)

【摘 要】針對(duì)現(xiàn)有電壓補(bǔ)償技術(shù)存在的問(wèn)題，面向麗水市工業(yè)企業(yè)中精密設(shè)備和裝置，按照“物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)→系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→DVR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→模糊控制策略研究→系統(tǒng)研制→結(jié)果分析→系統(tǒng)優(yōu)化”的研究思路，研制基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多點(diǎn)監(jiān)控動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)系統(tǒng)，提出一種能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)電壓暫降監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償?shù)奈锫?lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)。基于此，對(duì)傳統(tǒng)DVR結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并研究適用于物聯(lián)網(wǎng)的多DVR自適應(yīng)模糊PID控制算法，提高用電可靠性，保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少用戶(hù)經(jīng)濟(jì)損失。

【關(guān)鍵詞】多點(diǎn)監(jiān)控；電壓補(bǔ)償；DVR

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM76 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）06-0052-03

0 引言

浙江省麗水市在工業(yè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，形成一批具有一定區(qū)域優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)集群，產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)突顯。化工產(chǎn)品、竹木制品、金屬制品、通用設(shè)備、傳統(tǒng)工藝品等產(chǎn)業(yè)在全省乃至全國(guó)都具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在加快工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的高精度、高穩(wěn)定性運(yùn)行提出了更高的要求。傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)暫態(tài)電壓質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)運(yùn)行的安全性、可靠性，大大降低系統(tǒng)效率，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道美國(guó)一年由電能質(zhì)量問(wèn)題造成的損失高達(dá)260億美元[1]。工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的幾種暫態(tài)電壓質(zhì)量問(wèn)題如圖1所示，其中電壓暫降是影響電力負(fù)荷安全運(yùn)行最突出的問(wèn)題[2]。

目前，麗水市工業(yè)企業(yè)大部分采用對(duì)個(gè)別敏感設(shè)備加裝動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）、不間斷電源（UPS）、恒壓變壓器（CVT）等裝置的方法來(lái)解決上述問(wèn)題，其中DVR是近年來(lái)出現(xiàn)的DFACTS裝置，現(xiàn)有DVR控制系統(tǒng)無(wú)法對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中精密儀器和敏感設(shè)備進(jìn)行多點(diǎn)電壓暫降監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償，研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多點(diǎn)監(jiān)控動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)意義。面向精密生產(chǎn)加工用戶(hù)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多點(diǎn)監(jiān)控動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)系統(tǒng)可以對(duì)380 V及以下電壓等級(jí)精密儀器和敏感設(shè)備進(jìn)行多點(diǎn)電壓暫降監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償，提高用電可靠性，保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少用戶(hù)經(jīng)濟(jì)損失。圍繞物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)、DVR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制策略等進(jìn)行研究，推進(jìn)基于物聯(lián)網(wǎng)多點(diǎn)監(jiān)控動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的理論研究和實(shí)用化研制。

1 關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1 物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)

遵循ITU采用的相關(guān)研究方法，首先抽象物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用類(lèi)型和應(yīng)用場(chǎng)景，作為設(shè)計(jì)和驗(yàn)證物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的主要依據(jù)，然后根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的通用原則和總體需求，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)做進(jìn)一步的詳細(xì)劃分，定義通用框架和功能結(jié)構(gòu)的模型。具體設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)系統(tǒng)包括電壓檢測(cè)模塊、電壓補(bǔ)償模塊、模糊控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、通信調(diào)制/解調(diào)模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換單元、Internet網(wǎng)絡(luò)。電壓檢測(cè)模塊包括n個(gè)電壓傳感器、n個(gè)無(wú)線(xiàn)發(fā)射機(jī)和1個(gè)無(wú)線(xiàn)接收機(jī)。電壓傳感器安裝在多個(gè)敏感負(fù)荷側(cè)，分別連接無(wú)線(xiàn)發(fā)射機(jī)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將采集的電壓信號(hào)傳送到無(wú)線(xiàn)接收機(jī)。電壓補(bǔ)償模塊包括n個(gè)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、n個(gè)無(wú)線(xiàn)接收機(jī)和1個(gè)無(wú)線(xiàn)發(fā)射機(jī)。無(wú)線(xiàn)接收機(jī)分別連接動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，無(wú)線(xiàn)發(fā)射機(jī)將控制信號(hào)經(jīng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳送到無(wú)線(xiàn)接收機(jī)。模糊控制器輸入端連接電壓檢測(cè)模塊，接收電壓檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)采集的電壓信號(hào)，輸出端連接電壓補(bǔ)償模塊，對(duì)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上的電壓暫降進(jìn)行補(bǔ)償。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與模糊控制器互連，完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換。通信調(diào)制/解調(diào)模塊輸入端連接電壓檢測(cè)模塊，接收電壓檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)采集的電壓信號(hào)，輸出端連接電壓補(bǔ)償模塊，通信調(diào)制/解調(diào)模塊通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換單元與Internet網(wǎng)絡(luò)互連。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

1.3 DVR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)380 V電壓等級(jí)以下用戶(hù)，將動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）串聯(lián)于供電網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)電壓暫降時(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電壓補(bǔ)償。DVR由并聯(lián)變壓器、LC低通濾波器、整流單元、儲(chǔ)能電容、逆變單元組成，電網(wǎng)電壓經(jīng)并聯(lián)變壓器與整流單元相連，將整流后的電能儲(chǔ)存在儲(chǔ)能電容中，當(dāng)電網(wǎng)上相應(yīng)節(jié)點(diǎn)電壓出現(xiàn)暫降時(shí)，逆變單元將儲(chǔ)能電容中儲(chǔ)存的電能經(jīng)LC低通濾波器送回電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電壓補(bǔ)償。DVR內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。

1.4 模糊控制策略研究

模糊控制器將電壓檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電壓暫降與電網(wǎng)電壓給定值進(jìn)行比較，在模糊控制器中對(duì)PID的參數(shù)Kp、Ki、Kd進(jìn)行在線(xiàn)自整定，以滿(mǎn)足對(duì)控制器參數(shù)的不同要求，進(jìn)行實(shí)時(shí)電壓補(bǔ)償，通過(guò)電壓補(bǔ)償模塊送回電網(wǎng)。采用自適應(yīng)模糊PID控制算法，控制結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2 應(yīng)用開(kāi)發(fā)

2.1 仿真設(shè)計(jì)

研制基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的380 V電壓等級(jí)以下多點(diǎn)監(jiān)控動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)系統(tǒng)，利用PROTEUS軟件分別對(duì)供電線(xiàn)路穩(wěn)壓模塊、電壓檢測(cè)與變換模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、SPWM驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行仿真，以明確電路結(jié)構(gòu)及相關(guān)設(shè)備參數(shù)。供電線(xiàn)路穩(wěn)壓模塊仿真如圖6所示，電壓檢測(cè)與變換模塊仿真如圖7所示，無(wú)線(xiàn)通信模塊仿真如圖8所示。

2.2 實(shí)物制作

在仿真基礎(chǔ)上，完成多DVR系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與調(diào)試，并完成系統(tǒng)優(yōu)化。同時(shí)，開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器無(wú)線(xiàn)監(jiān)控信息平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控四路DVR電壓跌路及補(bǔ)償情況并進(jìn)行輸入與輸出電壓的曲線(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)比，平臺(tái)監(jiān)控情況如圖9所示。

3 結(jié)論

（1）按照“物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)→系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→DVR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→模糊控制策略研究→系統(tǒng)研制→結(jié)果分析→系統(tǒng)優(yōu)化”的研究思路，研制基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多點(diǎn)監(jiān)控動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)系統(tǒng)，提出一種能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)電壓暫降監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償?shù)奈锫?lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)。

（2）針對(duì)380 V電壓等級(jí)以下用戶(hù)，采用將動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）串聯(lián)于供電網(wǎng)絡(luò)上的串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)電壓暫降時(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電壓補(bǔ)償。

（3）設(shè)計(jì)模糊控制器并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)PID控制、純模糊控制和參數(shù)模糊自整定PID控制的3種控制效果進(jìn)行仿真分析，并進(jìn)行性能比較與評(píng)價(jià)。增量式參數(shù)模糊自整定PID控制在多DVR物聯(lián)控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果更好。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]Engel R，Kalwa J.Coordinated Navigation of Multiple Underwater Ve-hicles[J].Proceedingsof the Sixteenth International Offshore and P-olar Engineering Conference. Lisbon，Portugal，2007（7）：1066-1072.

[2]Bollen M.Understanding power quality problems：Voltage sag and interruptions[J].Wiley-IEEE Press，2000（2）.

[3]王晶，徐愛(ài)親.動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器控制策略研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（1）：145-151.

[4]王晶，徐玲玲，徐愛(ài)親.無(wú)串聯(lián)變壓器型DVR模糊控制策略研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（2）：56-60.

[5]郭志堅(jiān)，張?jiān)蕾t.模糊無(wú)模型自適應(yīng)控制DVR的仿真研究[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2016，38（6）：5-9.

[6]李紅.動(dòng)態(tài)電源恢復(fù)器研發(fā)與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（7）.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]