有源电力滤波器的神经网络PI控制器设计.docx
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申请上海交通大学工学硕士学位论文
有源电力滤波器的神经网络PI控制器设计
学 校:
上海交通大学
院 系:
电子信息与电气工程学院学科专业:
电工理论与新技术
作者姓名:
冯亚琼
导师姓名:
王昕 副教授
上海交通大学电子信息与电气工程学院
2011年1月
万方数据
AThesisSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMaster
DESIGHOFNEURALNETWORKPICONTROLLERFORACTIVEPOWERFILTER
Author:
YaqiongFENG
Specialty:
TheoryandNewTechnologyofElectricalEngineering
Advisor:
XinWANG
SchoolofElectronicsInformationandElectricEngineeringShanghaiJiaoTongUniversity
Shanghai,P.R.ChinaJanuary,2011
上海交通大学工学硕士学位论文
摘要
有源电力滤波器的神经网络PI控制器设计
摘 要
在我国电力工业蓬勃发展、电力负荷急剧增长的同时,非线性负载在配电系统中不断增加,对供电系统电能质量造成了严重的污染;另一方面,现代高度自动化和智能化的工业用电设备也对供电系统提出了更高的要求。
如何抑制电网谐波,改善电能质量已成为近年来研究的热点。
因此,谐波治理已经成为电气工程领域迫切需要解决的问题。
有源电力滤波器通过产生和谐波源谐波电流具有相同幅值而相位相反的补偿电流来达到消除谐波的目的。
控制器的设计直接影响到有源滤波器的输出能否快速、准确地跟踪参考电流的变化。
为了获得理想的补偿特性,考虑到有源电力滤波器系统中存在非线性、时变、变参数等不确定性,难以对控制对象建立精确的数学模型等特点,本文设计了神经网络PI控制器。
通过神经网络不断学习来优化PI控制器的控制参数,最终获得一组最优的控制参数,从而获得较高的控制精度。
针对一般的PI控制器对周期性的信号难以实现无差控制的问题,引入递推积分PI控制器实现无稳态误差,为此设计了神经网络递推积分PI控制器,以实现对有源电力滤波器的无差控制;但在利用神经网络进行参数在线整定时,初始参数的选取对于
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最终的控制结果有很大影响,为此引入迭代控制策略,设计了迭代神经网络递推积分PI控制器。
它不但可以减小初始跟踪偏移,而且可以加快初始跟踪速度。
最后的仿真结果证明了上述算法的有效性。
关键词:
有源电力滤波器,神经网络,PI控制,递推积分PI控制,迭代控制
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万方数据
上海交通大学工学硕士学位论文
ABSTRACT
DESIGHOFNEURALNETWORKPICONTROLLERFORACTIVEPOWERFILTER
ABSTRACT
Inourcountry,electricpowerindustrydevelopsvigorously,accordingwithpowerloadincreasingsharplyatthesametime.Thennonlinearloadindistributionsystemisincreasing,whichcausesseriouspollutiontopowerqualityofthepowersupplysystem.Ontheotherhand,modernautomationandintelligentindustrialelectricalequipmentalsoputforwardhigherrequirementofpowersupplysystem.Howtosuppressharmonicwaveinthepowergridandimprovethepowerqualityhasbecomearesearchhotspotrecently.Therefore,theharmonicmanagementhasbecomeurgentproblemstobesolvedinelectricalengineeringfield.
ActivePowerFilter(APF)caneliminateharmoniccurrentbygeneratingcompensatingcurrentwhichhasthesameamplitudeandoppositephasewithsourceharmoniouswave.Totrackchangesofreferencecurrentquicklyandaccurately,controllerdesignmethodplaysanimportantrole.Inordertoobtainidealcompensationcharacteristics,consideringthenonlinearity,time-varyingcharacteristicsandparameters
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万方数据
uncertainty,difficultytoestablishprecisemathematicalmodel,NeuralNetwork(NN)PIcontrollerisdesignedfirstly.PIcontrollerisdesignedtocontroltheAPFwhileneuralnetworkistrainedtosettheparametersofPIcontroller,whichcangainhighercontrolprecision.BecausePIcontrollerisdifficulttoachievenodeadbeatcontrol,arecursiveintegralPIcontrollertogetherwithneuralnetworkisproposedtoachievenon-steady-stateerrorcontrolofAPFsecondly.However,whileneuralnetworkisusedtotuneparametersofPIcontroller,selectionofinitialparametershasagreatinfluenceonthefinalresult.Finally,aniterativeNNrecursiveintegralPIcontrollerispresented.Itcannotonlyreduceinitialtrackingoffset,butalsospeedupinitialtrackingspeed.Thesimulationresultsproveeffectivenessofthealgorithmsabove.
KEYWORDS:
activepowerfilter,neuralnetwork,PIcontroller,neuralnetworkrecursiveintegralPIcontrol,iterativecontrol
上海交通大学工学硕士学位论文
目录
目 录
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万方数据
摘 要 I
ABSTRACT III
第1章绪论 1
1.1谐波治理的背景及其意义 1
1.1.1谐波产生的原因 1
1.1.2谐波对电力系统的危害 2
1.2谐波治理的措施 3
1.3有源滤波器的发展概况和研究现状 5
1.4本文的研究背景及各章节安排 8
第2章APF的神经网络PI控制器 9
2.1有源滤波器的基本原理 9
2.2神经网络PI控制器 10
2.2.1神经网络PI控制器的基本结构及工作原理 11
2.2.2神经网络PI控制器算法 13
2.3仿真分析 14
2.4本章小结 21
第3章APF的神经网络递推积分PI控制器 22
3.1混合型APF控制建模 22
3.2神经网络递推积分PI控制器 24
3.2.1递推积分PI控制的原理研究 24
3.2.2神经网络递推积分PI控制器 25
3.2.3神经网络递推积分PI控制算法 25
3.3仿真分析 26
3.4本章小结 33
第4章APF的迭代神经网络递推积分PI控制器 34
4.1混合型APF的拓扑结构分析 34
4.2基于迭代控制的神经网络递推积分PI控制器 35
4.2.1迭代学习控制算法的基本原理 35
4.2.2基于迭代控制的神经网络递推积分PI控制器 37
4.2.3基于迭代控制的神经网络递推积分控制算法的稳态无差特性 38
4.3仿真分析 41
4.4本章小结 48
第5章总结与展望 49
参考文献 51
致 谢 57
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 58
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图片目录
图片目录
图2-1有源滤波器的基本原理框图 8
图2-2神经网络自适应PI控制器在APF中的应用框图 10
图2-3神经网络的结构图 10
图2-4仿真电路 13
图2-50-0.1S时段的电流对比波形 15
图2-60.06S-0.1S时段的电流对比波形 16
图2-7两种不同控制器的谐波畸变率的对比 17
图3-1单相等效电路 23
图3-20-0.3S时段的电流对比波形 29
图3-30.1S-0.3S时段的电流对比波形 31
图3-4两种不同控制器的谐波畸变率的对比 33
图4-1串联谐振注入式HAPF 34
图4-2并联谐振注入式HAPF 35
图4-3两种控制过程的比较 36
图4-4迭代学习控制的算法流程 37
图4-5迭代控制的神经网络递推积分PI控制器的应用框图 38
图4-6基于迭代控制的神经网络递推积分PI控制算法的闭环控制系统 39
图4-70-0.2S时段的电流对比波形 44
图4-80.06S-0.2S时段的电流对比波形 46
图4-9两种不同控制器的谐波畸变率的对比 48
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万方数据
上海交通大学工学硕士学位论文
第1章
绪论
第1章 绪论
在我国电力工业蓬勃发展、电力负荷急剧增长的同时,非线性负载在配电系统中不断增加,从而对供电系统电能质量造成了严重的污染;另一方面,现代高度自动化和智能化的工业用电设备也对供电系统提出了更高的要求。
因此,如何抑制电网谐波、改善电能质量已成为摆在科技工作者面前的一个具有重要现实意义的研究课题。
1.1谐波治理的背
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- 有源 电力 滤波器 神经网络 PI 控制器 设计
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