电力系统节能控制器设计与仿真

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1、 电力系统节能控制器设计与仿真 2国网安徽省电力公司检修公司安徽合肥230000）摘要：随着世界大面积范围的能源紧缺，在国内，作为主要的能源与经济命脉电力能源也在不断的告急。为了缓解人们日常生活和生产上的用电困难，需要将节能措施与电力系统的控制性能有机的结合来改善原有电力系统非必要能源消耗大的弊端。关键词：节能控制器；电力系统；能源消耗；对电力系统节能控制器进行设计，以降低电力系统的能耗。由于电力用户的增加与能耗成比例增加，使得不能确定电力系统中能耗参数，而传统的控制器设计方法，主要是以能耗参数为基础，对实时电力能源需求率动态变化进行计算的，导致设计的节能控制器存在控制效果差的问题。一、改进PID的电力系统节能控制器优化设计1.电力系统正常能源消耗和非正常能源消耗，在对电力系统节能控制器优化设计过程中，先选取电力系统能源消耗参数，获取在电力系统运行效率最大时的正常能源消耗和非正常能源消耗。具体的步骤如下详述：在电力系统节能控制器设计过程中，利用下式可以计算出电力系统运行和非运行状态下的能源损耗参数（1）式中，Eg代表电力系统运行过程中的电容，Xf代表电力系统运行过程中的电压，v代表电力

2、系统运行时间，代表电力系统非运行时间。在电力系统节能控制器设计过程中，假设p代表大型电力系统中的电气元件数量，X1，X2，Xp代表元件中的电流构成的数据集合，h1，h2，hp代表元件电阻组建的数据集合，利用下式计算出当电压为Xk时大型电力系统需要耗费的电力能源。（2）式中，vj代表电力系统第j次运行时的持续时间，Xj代表该时间短的中的电压，hj代表电力系统中元件电流的变换频率。在对电力系统节能控制器优化设计过程中，利用下式计算电力系统运行所必须能源消耗。（3）式中，表述了电力系统操作系统参数，Nf代表电力系统空间位置参数，Me代表电力系统的运行状态，Xd代表电发动机的输出功率，M1，M2，X1代表电力系统常数。在对电力系统节能控制器优化设计过程中，利用下式计算电力系统非正常能源消耗。（4）式中，Ku代表电力系统空闲时的电流消耗。在对电力系统节能控制器优化设计过程中，通过二进制对电力系统运行电路进行转换，由i（Z）代表其转换函数，q1（V）代表电力系统电流从0变换为1的频率，则利用下式可以计算出在电力系统消耗的全部能源中必要的能源消耗所占有的比重。（5）式中，代表在电力系统消耗的全部能源

3、中必要的能源消耗的概率函数。在对电力系统节能控制器优化设计过程中，假设电力系统正常和非正常的能源消耗数量相同，当电力系统运行效率达到最大值时，可以利用下式表述该过程，（6）式中，0代表电力系统运行时的大型电流变换频率。在对电力系统节能控制器优化设计过程中，利用下式可以计算在电力系统运行效率最大时正常能源消耗和非正常能源消耗，（7）（8）式中，K0代表电力系统运行时的最佳工作点的输出功率，UQ代表能源消耗的正态分布随机数。如上所述可以说明，在对电力系统节能控制器优化设计过程中，先建立电力系统能源消耗模型，获取在电力系统运行效率最大时的正常能源消耗和非正常能源消耗。为实现电力系统节能控制器优化设计奠定了基础。2.改进PID的电力系统节能控制器优化设计实现，在对电力系统节能控制器优化设计过程中，以上式获取的在电力系统运行效率最大时正常能源消耗和非正常能源消耗为参考，结合专家知识和模糊理论组建专家系统PID控制推理规则，以此为依据进行电力系统PID节能控制器的设计，并计算出专家系统模糊PID控制器的传递函数，精确的实现了电力系统节能控制。具体的步骤如下详述：在对电力系统节能控制器优化设计过程中

4、，利用经过模糊化的偏差和偏差的变化率、专家知识的模糊推理对PID节能控制器比例因子kp、积分因子ki和微分因子Kd进行实时调节，假设Kp，Ki，Kd=3，3代表专家系统PID模糊控制器Kp、ki和kd的模糊论域，则利用下式获取专家系统PID模糊控制器的模糊集.（9）在对电力系统节能控制器优化设计过程中，结合专家知识和模糊理论组建专家系统PID控制推理规则，具体的步骤如下详述：（1）用e（t）代表电力系统当前时刻节能控制的误差值，e（t1）代表上一时刻的误差值，e（t）误差的变化值。（2）由（M1，M2，M3）表示误差临界值，满足如下的条件（M1M2M3），在e（t）M1的情况下，节能控制的误差较大，多发生在节能控制的初始阶段，可以增加kp，促使系统满足于ki=kd=0的模糊化规则。（3）在e（t）e（t）0情况下，系统节能控制的误差值会有所提升，在|e（t）|M2时控制误差较大。此时，可以通过提升kiki，降低稳态误差。（4）在|e（t）|M3的情况下，系统的节能控制误差处于最低的状态，促使kp不断减少，可以通过调节ki的大小，增强系统节能控制的平稳性。在对电力系统节能控制器优化设计过

5、程中，依据综上阐述，利用下式计算专家系统模糊PID节能控制器的传递函数.（10）式中，N代表常数，满足于N=85的条件。综上所述可以说明，电力系统节能控制器优化设计，有效的完成了电力系统PID节能控制器优化设计。二、实验证明为了证明提出的电力系统节能控制器设计方法有效性需要进行一次实验，在VisualC+60的环境下搭建电力系统节能控制器设计实验仿真虚拟平台。假设s代表电力系统中元件数量、d代表正常的能源消耗、p代表非正常的能源消耗、t代表电力系统运行过程中的电流变化率，则利用下式可以计算出大型电力系统节能参数（11）在实验过程中，以上式获取的电力系统节能参数为衡量标准，对比不同算法的电力系统节能效果。实验，（1）分别利用传统算法和改进算法进行电力系统节能控制器设计实验，在不同的实验次数下，将2种算法设计出的电力系统节能控制器的节能效果进行对比，对比结果见图1。从图1中可以说明，利用改进算法进行电力系统节能控制器设计的节能效果性要优于传统算法，这是由于改进算法可以建立精确的电力系统能源消耗模型，利用该模型详细的表述了电力系统运行过程中需要消耗的能源，从而为改进算法行电力系统节能控制器设

6、计提供了有力的依据。实验，（2）分别利用传统算法和改进算法进行电力系统节能控制器设计实验，在不同的实验次数下，将2种算法节能控制器的控制曲线进行对比，对比结果见图2。从图2中可以说明，利用改进算法设计出的电力系统节能控制器的控制性能要高于传统算法设计出的电力系统节能控制器的控制性能，而且改进算法设计出的节能控制器的超调量小，具有响应速度快的优点，极大的提升了电力系统节能控制的可靠性。实验3）分别利用改进算法和传统算法进行电力系统节能控制器设计实验，在不同的实验次数下，将2种算法进行电力系统节能控制器设计的精确性D（%）、误差率Y（%）、稳定性P（%）进行对比，对比结果见表1、表2。从表1和表2可以看出，改进算法进行电力系统节能控制器设计的整体有效性要优于传统算法，极大地降低电力系统的能源消耗，从而能够实现了节能控制的目的。仿真结果表明，提出的基于改进PID的电力系统节能控制器设计方法具有较好的控制精度，且节能效果好。三、电力系统节能控制器原理在电力系统节能控制器设计过程中，先采集电力系统中历史的能源消耗数据，依据该数据提取可以反映电力系统能源消耗特性的特征参数，在此基础上计算出电力系统各运行状态下的能源消耗量，并以计算的结果为依据实现对电力系统PID节能控制器的设计。参考文献：1张英杰，许伍君，李长泓基于模糊PID的供热管网控制方法研究2016.2冉泉，黄学会，王芳基于专家系统模糊PID控制的液压挖掘机节能控制研究液压与气动，2015.3雷兴华，付兴明，赵枫同步电动机励磁模糊PID控制仿真研究.2015.4郭泉，慕凤，付新华基于专家系统模糊PID控制的液压挖掘机节能控制研究.2014. -全文完-

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