工业多点监控DVR系统关键技术研究与应用开发

【摘 要】针对现有电压补偿技术存在的问题，面向丽水市工业企业中精密设备和装置，按照“物联网组网→系统结构设计→DVR结构设计→模糊控制策略研究→系统研制→结果分析→系统优化”的研究思路，研制基于物联网技术的多点监控动态电压恢复系统，提出一种能实现多点电压暂降监测和动态电压补偿的物联网组网技术。基于此，对传统DVR结构进行优化，并研究适用于物联网的多DVR自适应模糊PID控制算法，提高用电可靠性，保障设备安全稳定运行，减少用戶经济损失。

【关键词】多点监控；电压补偿；DVR

【中图分类号】TM76 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）06-0052-03

0 引言

浙江省丽水市在工业经济快速发展的同时，形成一批具有一定区域优势的产业集群，产业优势突显。化工产品、竹木制品、金属制品、通用设备、传统工艺品等产业在全省乃至全国都具有较强的优势，在加快工业转型升级与产业技术创新的同时，对生产设备的高精度、高稳定性运行提出了更高的要求。传统工业生产中经常出现暂态电压质量问题，严重影响生产运行的安全性、可靠性，大大降低系统效率，造成巨大经济损失。据文献报道美国一年由电能质量问题造成的损失高达260亿美元[1]。工业生产中常见的几种暂态电压质量问题如图1所示，其中电压暂降是影响电力负荷安全运行最突出的问题[2]。

目前，丽水市工业企业大部分采用对个别敏感设备加装动态电压恢复器（DVR）、不间断电源（UPS）、恒压变压器（CVT）等装置的方法来解决上述问题，其中DVR是近年来出现的DFACTS装置，现有DVR控制系统无法对工业生产中精密仪器和敏感设备进行多点电压暂降监测和动态电压补偿，研究基于物联网技术的多点监控动态电压恢复系统具有现实意义。面向精密生产加工用户，基于物联网技术的多点监控动态电压恢复系统可以对380 V及以下电压等级精密仪器和敏感设备进行多点电压暂降监测和动态电压补偿，提高用电可靠性，保障设备安全稳定运行，减少用户经济损失。围绕物联网组网技术、DVR系统结构设计、控制策略等进行研究，推进基于物联网多点监控动态电压恢复系统关键技术的理论研究和实用化研制。

1 关键技术研究

1.1 物联网组网

遵循ITU采用的相关研究方法，首先抽象物联网的应用类型和应用场景，作为设计和验证物联网架构的主要依据，然后根据物联网体系架构的通用原则和总体需求，对物联网的基本架构做进一步的详细划分，定义通用框架和功能结构的模型。具体设计方案如图2所示。

1.2 系统结构设计

基于物联网技术的动态电压恢复系统包括电压检测模块、电压补偿模块、模糊控制器、数据存储模块、通信调制/解调模块、协议转换单元、Internet网络。电压检测模块包括n个电压传感器、n个无线发射机和1个无线接收机。电压传感器安装在多个敏感负荷侧，分别连接无线发射机，通过无线网络将采集的电压信号传送到无线接收机。电压补偿模块包括n个动态电压恢复器、n个无线接收机和1个无线发射机。无线接收机分别连接动态电压恢复器，无线发射机将控制信号经无线网络传送到无线接收机。模糊控制器输入端连接电压检测模块，接收电压检测物联网采集的电压信号，输出端连接电压补偿模块，对相应节点上的电压暂降进行补偿。数据存储模块与模糊控制器互连，完成数据的存储转换。通信调制/解调模块输入端连接电压检测模块，接收电压检测物联网采集的电压信号，输出端连接电压补偿模块，通信调制/解调模块通过协议转换单元与Internet网络互连。系统结构设计如图3所示。

1.3 DVR结构设计

针对380 V电压等级以下用户，将动态电压恢复器（DVR）串联于供电网络上，当控制节点上出现电压暂降时，实现实时电压补偿。DVR由并联变压器、LC低通滤波器、整流单元、储能电容、逆变单元组成，电网电压经并联变压器与整流单元相连，将整流后的电能储存在储能电容中，当电网上相应节点电压出现暂降时，逆变单元将储能电容中储存的电能经LC低通滤波器送回电网，实现电压补偿。DVR内部结构设计如图4所示。

1.4 模糊控制策略研究

模糊控制器将电压检测模块检测到的电压暂降与电网电压给定值进行比较，在模糊控制器中对PID的参数Kp、Ki、Kd进行在线自整定，以满足对控制器参数的不同要求，进行实时电压补偿，通过电压补偿模块送回电网。采用自适应模糊PID控制算法，控制结构如图5所示。

2 应用开发

2.1 仿真设计

研制基于物联网技术的380 V电压等级以下多点监控动态电压恢复系统，利用PROTEUS软件分别对供电线路稳压模块、电压检测与变换模块、无线通信模块、SPWM驱动模块进行仿真，以明确电路结构及相关设备参数。供电线路稳压模块仿真如图6所示，电压检测与变换模块仿真如图7所示，无线通信模块仿真如图8所示。

2.2 实物制作

在仿真基础上，完成多DVR系统整体设计与调试，并完成系统优化。同时，开发动态电压恢复器无线监控信息平台系统，实时监控四路DVR电压跌路及补偿情况并进行输入与输出电压的曲线实时对比，平台监控情况如图9所示。

3 结论

（1）按照“物联网组网→系统结构设计→DVR结构设计→模糊控制策略研究→系统研制→结果分析→系统优化”的研究思路，研制基于物联网技术的多点监控动态电压恢复系统，提出一种能实现多点电压暂降监测和动态电压补偿的物联网组网技术。

（2）针对380 V电压等级以下用户，采用将动态电压恢复器（DVR）串联于供电网络上的串联型结构，当控制节点上出现电压暂降时，实现实时电压补偿。

（3）设计模糊控制器并进行参数优化设计。对PID控制、纯模糊控制和参数模糊自整定PID控制的3种控制效果进行仿真分析，并进行性能比较与评价。增量式参数模糊自整定PID控制在多DVR物联控制系统的应用效果更好。

参 考 文 献

[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，徐爱亲.动态电压恢复器控制策略研究综述[J].电力系统保护与控制，2010，38（1）：145-151.

[4]王晶，徐玲玲，徐爱亲.无串联变压器型DVR模糊控制策略研究[J].电力系统保护与控制，2012，40（2）：56-60.

[5]郭志坚，张岳贤.模糊无模型自适应控制DVR的仿真研究[J].电气传动自动化，2016，38（6）：5-9.

[6]李红.动态电源恢复器研发与应用[J].科技创新与应用，2017（7）.

[责任编辑：钟声贤]