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基于模糊模型的电力系统广域网络化控制分析与设计

王伟  
【摘要】:近些年,随着电网的互联使得电力系统的规模不断扩大,虽然增加了电力系统的容量,实现了能源的合理调配,但是也导致了低频振荡的发生。持续的低频振荡给系统的稳定性带来了挑战,而在低频振荡中,区间模式低频振荡影响的范围更广,更难以消除。广域测量系统(Wide-area Measurement System. WAMS)采集远方与低频振荡相关的信息,并通过WAMS的通信网络传输至控制器,以此设计的广域阻尼控制器(Wide-area Damping Controller, WADC)可以有效地抑制低频振荡。信息在网络中进行传输时不可避免地存在时延、丢包等通信约束,在此背景下,将网络控制系统(Networked Control System, NCS)的方法与电力系统广域控制结合,具有一定的研究价值和实际意义。为此,本文做了以下工作:(1)介绍了基于WAMS的电力系统广域控制的背景和意义。描述了WAMS的硬件架构,分析了WAMS中通信时延的组成,并总结了电力系统广域控制中对WAMS的时延的一般处理方法:此外,还分析了网络控制系统在电力系统广域控制中的研究现状。(2)考虑WAMS中存在固定和随机时延的情况,设计了基于Mamdani模糊模型的具有时延补偿的模糊逻辑广域阻尼控制器(Fuzzy Logic Wide-area Damping Controller with Delay Compensation, FLWADC-DC)。首先,在不考虑时延的情况下,详细分析了模糊逻辑广域阻尼控制器(FLWADC)的设计和简化过程;其次,为了应对网络中存在的时延,将通信时延作为FLWADC的输入,重新设计了FLWADC-DC;最后,使用MATLAB/SimPowerSystem和近似网络环境的TrueTime工具箱,以4机2区域测试系统为实例,对所设计的FLWADC-DC进行了数值验证。(3)研究了电力系统Takagi-Sugeno (T-S)模糊建模的方法,以单机无穷大系统作为实际对象,研究了T-S模糊建模的方法。在建立T-S模糊模型的过程中,首先借助直接反馈线性化的思想,将动态方程中的非线性项转换到含有控制量的一个非线性项中,然后借助T-S模糊建模的方法来等价动态微分方程中的线性无关函数,从而完成单机无穷大系统的T-S模糊建模。(4)考虑WAMS的通信网络中存在随机时延和丢包,以及系统运行过程中存在环境噪声的情况,设计了基于T-S模糊模型的T-S模糊控制器。首先,将存在环境噪声的电力系统的连续时间T-S模糊模型进行离散化,考虑网络中存在数据丢包的情况,将系统建模为异步动态系统:然后,运用李雅普诺夫稳定性定理与鲁棒H∞控制理论,给出系统鲁棒指数稳定的充分条件,并利用线性矩阵不等式(LinearMatrix Inequality, LMI)的方法求解控制器参数,用并行分布补偿(Parallel Distributed Compensation, PDC)的方法对这些控制器参数进行加权求和得到总的T-S模糊反馈控制器:最后,使用MATLAB/SimPowerSystem和近似网络环境的True Time工具箱,以单机无穷大电力系统为实例,对提出的算法进行了数值验证。最后,对本文的研究进行了总结归纳,并对需要进一步研究的工作给出了建议。


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