Regulator PID do grzałki, aby utrzymać napięcie sieciowe poniżej 253V - czy możliwe?

Question

Witam, Czy jest możliwe zbudowanie regulatora PID sterującego grzałką w taki sposób, aby utrzymywał on napięcie sieci na w miarę stałym poziomie? Układ ten poprzez duże obciążenie (grzałka kilka kW) miałby płynnie regulować mocą grzałki, w ten sposób, aby napięcie sieciowe pozostawało jak...

Interval · Answer

Jest możliwe, przy założeniu, że grzałka będzie idealnym obciążeniem.

Wojciech. · Answer

@mm00007
Masz dwa rozwiązania.
1. Proste, budżetowe czyli zwykły przekaźnik napięciowy + stycznik,
2. Skomplikowane i drogie czyli, przekaźnik SSR z sterowaniem analogowym, cyfrowy regulator PID, przetwornik napięciowy.

mm00007 · Answer

Jestem przy rozwiazaniu 2. Calosc mam poskladana i pisze kod do obslugi.
To PID nie jest chyba takie calkiem zwykle w tym przypadku. Stad pytanie czy PID da rade i czy ew. ktos probowal cos takiego zrobic.

Wojciech. · Answer

@mm00007 Napisz z jakiego sterownika korzystasz i jaki jest czas próbkowania dyskretnego regulatora PID.

Rariusz · Answer

Witam,

PID musi działać w odwrotnej logice niż zazwyczaj. Ponieważ obniżamy napięcia a nie podwyższamy. Im
większe napięcie tym większe wysterowanie PID. Zacznij od regulatora PI. Nie dawaj PID ponieważ człon
D działa w wyższych częstotliwościach i całe "śmieć" z PV będą wzmacniane przez regulator. Aż jestem
ciekaw efektów

Ja robiłem coś podobnego ale sterowałem przepływem mocy mikrosieci z PV, magazynem energii oraz
ładowarkami do aut elektrycznych. Jestem ciekawe efektów. Wstaw przebiegi koniecznie z regulacji

Pozdrawiam,

mm00007 · Answer

Nie uzywam sterownika PLC. ESP32 wszystkim steruje. Probuje to zrobic w skrypcie Berty na Tasmocie.

Wojciech. · Answer

@mm00007 Platforma nie ma znaczenia tylko chodzi o samą idee. Tak jak kolega wyżej wspomniał potrzebujesz regulatora w wersji odwróconej czyli mnożysz uchyb przez -1 albo wzmocnienie P dajesz z minusem.

Rariusz · Answer

Witam,

Z tego co widzę można podany układ programować w Arduino IDE. Tam jest dostępna biblioteka PID.
Ja robiłem na PLC ale jak jak napisał kolega wyżej, platforma nie ma znaczenia.
Na początek nie przesadzaj z członem P ponieważ w układzie będę na pewno opóźnienia.

Pozdrawiam,

Chris_W · Answer

Ale tu nie jest potrzebny żaden PID, ani nawet PI, tylko zwyczajny P - w ogóle nie mamy tu zależności z czasem. Trzeba regulatora proporcjonalnego - aż tyle.

mm00007 · Answer

jak szybko (a raczej wolno) musiałbym robic pomiar, aby to miało sens? (poki co korzystam z jezyka skryptowego i mam ograniczone zasoby, jesli to nie wyjdzie to przesiade sie na kod arduino).

Wojciech. · Answer

Musisz napisać jaki cel chcesz osiągnąć.

mm00007 · Answer

Generalnie nie chce przekroczyc napiecia sieciowego 253V. Zdaje się, że norma mówi o dopuszczalnych krótkotrwałych przekroczeniach, ale pewności jeszcze nie mam.
W tym środowisku w którym piszę skrypt mam do dyspozycji:
kod wykonywany co:
1sekunde
100ms
oraz nieregularnie co około 5ms

Tak wygląda sprzęt (zdj), całość po skończonym kodzie będzie na github.
Jest to analogiczny projekt do https://zamel.io/eko-oze-pv

ESP32
3xSSR
3xpwm na 4-20mA
3xpzem-004t (pomiar Napięcia, Prądu, mocy itd..)

Rariusz · Answer

Witam, Co oznacza że nie mamy zależności z czasem? Dla czego? Pozdrawiam,

Chris_W · Answer

Regulator PI będzie naliczał uchyb (różnicę) wraz z czasem i powiększał wysterowanie - a jak na chwilę zajdzie słońce to przeciąży panele zanim "odliczy uchyb" i zdejmie wysterowanie, tak samo w drugą stronę jak wyskoczy mocne słońce i napięcie skoczy to zanim PI wysteruje grzałki to będzie jakiś czas słabe obciążenie.

Rariusz · Answer

Witam, hmmm a czy czasem autor postu nie ma PV wpiętych w sieć i brak mocy zostanie zbilansowana z sieci??? Panel PV można przeciążyć?. Jak jest wpięty do sieci to się nie przeciąży ale jak jest podłączona grzałka to już tak?. Jak mamy odbiór po stronie sieci o mocy 10kW jak grzałka autora to przeciążenia nie ma ale jak jest grzałka to już tak? Dziwna sprawa bo ja w swojej aplikacji mam magazyn 80kWh i przekształtnik 80kW do magazynu i jakoś PV (15kW) nie płonie...A biorę z niej ile się da w danej chwili... Pozdrawiam,

Chris_W · Answer

Nie ma sensu regulator z integracją (PI), wystarczy sam proportional (P) - gdzie obciążenie zależy tylko i wyłącznie od różnicy napięć (nastawy i mierzonej). Jeszcze mniej sensu ma PID. Mówimy oczywiście o płynnej regulacji obciążenia 0-100% Z przesterowaniem PIDa (szczególnie jakiegoś prostego) będzie taka sytuacja, że będzie kilka godzin wybitnego słońca - naliczy w chorobę uchybu - wysteruje grzałki na maksa, a potem zajdzie słońce i kilka kilowatów będzie szło z sieci - jak długo to będzie trwało to zależy od ustawień Może kilka sekund, może minut, oby nie godzin... Jak się ustawi na zbyt szybko to skończy się na klikaniu grzałką (choć płynnie ) od zera do 100% będzie skakać przy zmianach słońca. Bawiłem się ogłupianiem sterowników w branży HVAC jak kiedyś przy tym pracowałem - tam wszystkie procesy są na pełnych PIDach, znam to aż nadto... A z regulatorem P każdy znający arduino sobie poradzi - to tylko różnica napięć wyrażona w procentach wysterowania. Chce mieć 240V - to niech to będzie 0%, a przy 253V niech będzie 100% - mierzyć i wysterować grzałki... bez żadnej filozofii z całkowaniem czasu i problemami z zaległych uchybem

Wojciech. · Answer

Dlatego stosuje się filtry przeciwnasyceniowe anti-windup. Raczej nikt nie projektuje regulatorów bez takiego zabezpieczenia bo to nie ma sensu. Człon I jest konieczny do zniwelowania uchybu statycznego. Dojdzie do sytuacji że wysterowanie zatrzyma się na 30% co nie pozwoli na zbicia napięcia poniżej 253VAC, ale człon całkowy załatwi już temat. To wszystko zależy od dynamiki układu. Generalnie częstotliwość próbkowania regulatora dyskretnego powinna być co najmniej dwukrotnie większa niż największa częstotliwość występująca w układzie. Nie możemy przewidzieć zmian napięcia w sieci, wiec pozostaje jedynie zacząć od największego czasu i schodzić w dół. To też nie jest jakaś praca naukowa więc pytanie czy należy strzelać do wróbla z armaty? Pytanie kolejne czy tymi grzałkami będziesz wstanie zbić napięcie sieciowe?

Chris_W · Answer

Autor sam chce to napisać na ESP Masz rację, ale jest jeszcze jeden regulator napięcia w tym systemie - ten w falowniku i on podniesie wtedy napięcie Bardziej bym się martwił sytuacją, że napięcie będzie wysokie z powodu sąsiadów, a u mnie będzie grzałka na maksimum w efekcie prąd będzie z sieci - plus stany pośrednie typu; pól mocy z paneli pół z sieci.

michal.zd · Answer

Tak, średnia napięc z 10minut nie może przekroczyć 253,3 oraz jednorazowy pik nie może przekroczyć 256 lub 258, ale to już zależy od falownika. Właśnie tak zrobiłem swój sterownik, dopóki średnia nie przekracza 250 nie reaguje. Jeśli napięcie w sieci przekracza 256 to i tak już po ptokach, falownik jest szybszy, więc nie ma potrzeby włączać grzałki. Jakoś działa całkiem dobrze. Na napięcia pow 256V nie mam sposobu, musiał bym mieć ponad 3kW, ale takie wysokie występuje sporadycznie i na krótko. Ps nie mam PWM, przekaźnik włącza grzałkę dopóki średnia nie spadnie poniżej 250, taki próg założyłem doświadczenie.

mm00007 · Answer

Troche mnie tu nie było, ale widze, że sporo się wyjaśniło

Urządzenie ma reagować natychmiast, bez żadnej zbędnej zwłoki, tak aby pilnować tego progu 253V.

Czyli PID nie ma sensu.

Poki co, mam bardzo toporną regulację.
Jeśli "napiecie w sieci">"wartość zadana" to dodawaj PWM (co 1%), jeśli < to odejmuj PWM (co 1%)
(co 100ms sprawdzam czy napięcie jest > czy < od zadanego, i w międzyczasie co 5ms dodaje lub odejmuje PWM).
Takie toporne rozwiązanie dosyć mocno "faluje" napięcie sieciowe (w danej chwili...powiedzmy 30 sekund obserwacji napięcia sieciowego widać, że napięcie jest w miarę stabilne na poziomie... załóżmy 240V, jak włączę moją regulacje na np. 238V to napięcie dosyć mocno faluje w okolicach 238V)
Toporne, ale to początki.

Jest dosyć duża nieliniowość na sterowaniu SSR.
Innym rozwiązaniem byłoby określenie uchybu w % i od razu dodanie konkretnej wartości PWM tzn.:
zakładam sobie napięcie odniesienie np. 251V jeżeli napięcie sieci w danym momencie wynosi np. 251.5 to włącz 50% PWM,
ale ta nieliniowość SSRa będzie problemem, bo te 50% PWM może załączy grzałkę w ...10%.

michal.zd · Answer

Falowanie napięcia pewnie jest dodatkowo powodowane przez sieć, nie tylko twoją regulacją. Najprostszym sposobem było by wprowadzenie histerezy. Np 2V powinno nieco uspokoić regulator.

Chris_W · Answer

Czyli zrobiłeś jakiegoś pseudo PI I masz go niewyregulowanego (nie ustaliłeś właściwego skoku procentowego i czasu w jakim to najlepiej robić ). Ale moim zdaniem tego nie da się wyregulować, bo prawdopodobnie falownik też moduluje napięcie w takt obciążenia i te dwie regulacje będą interferować dając wypadkowo jakieś inne falowanie, pomijając to że twój regulator i falownik też mogą falować napięciem same z siebie (falownik może być dobrze wyregulowany fabrycznie, więc tu mała szansa). Wg mnie przekombinowujesz Ustaw sobie 238V jako 0% a 248V jako 100% a wtedy różnica napięć (tu 10V = 100%) będzie wysterowaniem - i np. dla 243V wyjdzie 50% wysterowania (bo różnica 5V). Nic więcej nie musisz - falownik sam podniesie napięcie jak określonej mocy z paneli nie uda mu się wepchnąć do sieci - nie walcz z tym - bo jak mu dodasz obciążenia, to on obniży napięcie, twój regulator wtedy obniży wysterowanie a falownik znów podniesie napięcie, a twój regulator znów doda obciążenie i tak będą tańcować dwa regulatory do końca świata

Rariusz · Answer

Witam, Coś mi się wydaje że w tym przypadku mamy sterowanie kaskadowe. W takim przypadku, sterowanie grzałkami (pętla zewnętrzna) powinno być wolniejsze jak sterowanie falownika (pętla wewnętrzna). Swego czasu miałem wykonać predykcję zmian małpięcia w sieci PV aby sprawdzić czy za jakieś określony czas napięcie nie osiągnie zakładanego maksymalnego poziomu. Jeśli tak, miał być w tym momencie ładowany magazyn aby obniżyć napięcie. Szkoda że nie miałem możliwości zrealizowania pomysłu bo dzisiaj bym powiedział ze się da . Zastosowałbym do tego regulator PI łącznie z sterowaniem w przód tzn. feedforward. Pozdrawiam,

Wojciech. · Answer

Problem generalnie jest w tym, że PID jest regulatorem liniowym i dobrze działa z układami liniowymi. Zmian napięcia sieciowego nie można zlineryzowować żadnym modelem przez co dobór parametrów PID jest praktycznie niemożliwy.

Rariusz · Answer

Witam, Wraz ze zmianą napięcia biedzie się zmieniała moc. A bilansowanie mocy opadałem o regulator PI oraz feedforward. Możesz uzasadnić praktycznie niemożliwy? Dociekam tematu bo autor postu musi sterować na podstawie napięcia. Ja sterowałem na podstawie mocy. Ciekawi mnie bardzo ten temat. Pozdrawiam,

Wojciech. · Answer

Jeśli nie możemy zlinearyzowac układu bo układ jest niestacjonarny to w jaki sposób dobrać parametry PID?

Rariusz · Answer

Witam, Panie, jaki układ? Opisany równaniami różniczkowymi czy jak? Pozdrawiam

mm00007 · Answer

Witam,

Póki co, układ jest testowany w mieszkaniu, w którym nie mam PV.
Przyjąłem sobie napięcie odniesienia 238V (do takiego napięcia chcę obniżyć napięcie sieciowe),
oraz górny i dolny próg (histereza) odpowiednio 238.3 oraz 237.7 (gdy napięcie sieciowe zawiera się w tym przedziale, to nic nie rób z PWM/mocą)

Prosty kod poniżej zdaje się robić robotę (kod wykonuje się co ... około 50ms - czas ten nie jest stały)


def fast_loop()

        var sensors = json.load(tasmota.read_sensors()) 
        Volt1 = (sensors['ENERGY']['Voltage'][0])

if doit==1     

               #dodawaj PWM/moc
               if Volt1>238.3
                   addPWM1=1
               end

               #odejmuj PWM/moc
               if Volt1<237.7
                  addPWM1=0
               end

               #histereza - nic nie rob
                if (Volt1<238.3) && (Volt1>237.7 
                     addPWM1=2
                end
              
                if addPWM1==1
                   pwm1=pwm1+1
                end

                if addPWM1==0
                   pwm1=pwm1-1
               end

               if pwm1>1023
                  pwm1=1023
               end

              if pwm1<0
                pwm1=0
              end

      gpio.set_pwm(27, pwm1)
      print("time:", tasmota.millis())

end

mqtt.publish(m1, str(Volt1))
mqtt.publish(m11, str(pwm1))

end

Przy przekroczeniu napięcia 238.3V PWM się zwiększa, aż do momentu gdy napięcie znów spadnie do 238.3V

Rariusz · Answer

Witam, Ładnie działa . Możesz wstawić dłuży przebieg czasowy? Pozdrawiam,

Regulator PID do grzałki, aby utrzymać napięcie sieciowe poniżej 253V - czy możliwe?

Czy da się sterować grzałką tak, aby przez regulację obciążenia utrzymywać napięcie sieci poniżej 253 V?

Post #1

Post #2

Post #3

Post #4

Post #5

Post #6

Post #7

Post #8

Post #9

Post #10

Post #11

Post #12

Post #13

Post #14

Post #15

Post #16

Post #17

Post #18

Post #19

Post #20

Post #21

Post #22

Post #23

Post #24

Post #25

Post #26

Post #27

Post #28

Post #29

Post #30

Podsumowanie tematu