基于自适应前馈的变电站通风系统模糊PI控制方法

俞沛宙 袁 丹 陈 昕

（国网浙江宁波市鄞州区供电公司，浙江 宁波315010）

0 引言

变电站内存在许多大功率设备，会造成室内环境呈现粉尘、SF6浓度高等危害人体健康和电气设备安全运行的环境问题，通风系统的工作状况直接影响室内电子仪器设备的性能、使用寿命、数据安全性及准确性[1-2]。为使通风系统高效安全地运行，必须对通风量进行控制调节，变频调速调节风量的方法可以提高风机的工作效率，达到节能的目的[3-4]。

传统的PI控制具有结构简单和容易实现的优势，在通风机控制中切实可行。由于环境和大功率设备运行工况的不确定性，其参数不断变换，要建立其精确数学模型比较困难，用常规的控制方法对风量自行调节很难达到预期效果。采用模糊PI控制策略对风量进行自动调节系统控制效果较好，但是模糊规则固定不变，当系统出现大时滞时较难精确控制。据此提出一种解耦模糊Smith预估控制器，可以解决因干扰作用引起系统控制性能变差问题，但需要建立精确的数学模型。

综合考虑模糊控制和预测控制的优点，提出基于自适应前馈的模糊PI控制方法，实现变电站通风系统风量的自动控制，既不需要建立被控对象精确的数学模型，也解决了传统控制器参数无法在线调整的问题，有效提高小时滞系统的动态性能，适用于非线性、强耦合的多变量系统。

1 风机通风系统控制模型

结合通风机风量需求的特点及风机的运行特性可知，风量的调节可以有一定的延时。风量与转速一次方近似成正比，因此系统在风量的闭环控制中采用转速反馈来进行风量的调节，不仅解决了系统的失稳问题，又能达到较好的风量控制效果。给定风量经速度转换环节后，输出参考转速信号，由参考转速信号和测得转速信号进行比较后，得到速度偏差送入调节器进行计算处理，根据模糊推理和模糊逻辑运算规则去修改控制器的控制参数。调节器的输出信号直接控制变频器的输出，所得信号为频率信号，经限幅后进入变频器环节输出相应的速度，再经风机环节输出相应的风量。

变电站通风机风量随着叶片角的变化而变化，随着通风机叶片角的增加，通风量也随着增加，工作过程中，风门存在振动、气流处于不稳定的状态，在调节的过程中不能保证通风量的均匀性。

2 基于自适应前馈的模糊PI控制策略

2.1 模糊PI控制策略设计

由于变电站通风系统的非线性、强耦合、多干扰等因素，难以建立精确的数学模型。当被控对象的参数和结构不确定时，传统控制方法较难确保理想的控制性能，采用模糊逻辑控制是有效的解决方法。

风量调节模糊控制系统结构主要由参数可调整和模糊控制系统两部分组成。被控对象为变频器输出的速度信号，实现变频调速，从而可以实现风机风量的调节。

2.2 自适应前馈补偿算法研究

设计自适应前馈环节，其中既作为自适应前馈控制器的参考信号，大多数自适应参数估计都基于特定的准则，采用最小二乘辨识算法来进行自适应参数估计，基于观测验前方差协方差信息确定观测信息的权矩阵，从而自适应地根据观测信息使模型参数估计保持最优观测精度。

自适应前馈控制使系统具有良好的抗干扰性能以及动态特性能，在不增加系统硬件的同时对宽带和窄带的扰动有很好的抑制效果。

3 结论

在变电站通风量的调节过程中，被控制参数（室温）是一个随机的、时变的参数，这使得控制器的给定值也会发生变化，传统的单回路PI控制对控制器的给定值要求很高，而通风量的调节系统又是一个带有时滞和干扰的对象，这时固定参数的PI控制就会引起系统超调量过大、调节时间过长甚至振荡。自适应前馈模糊PI控制则不必对被控制对象建立完整的数学模型，特别适用于非线性、时变、模型不完全的系统。自适应前馈模糊PI控制调节通风量系统不仅响应快，超调小而且控制精度高、鲁棒性好，变电站通风系统运行平稳，取得了令人满意的效果，为变电站的环境优化提供了可靠保障。

［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］陈家伟,陈杰,陈冉,等.变速风力发电机组自适应模糊控制技术[J].中国电机工程学报,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,张波,等.永磁同步电机变论域自适应模糊PID控制[J].中国电机工程学报,2013,33(10):190-194.