使用广域鲁棒控制的电力系统稳定方法.pdf

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1、 、 I 勺 似 使用广域鲁棒控制的电力系统稳定方法 El ect r oni c p ower s ys t em st abi l i t y m et h od u t i l i z i n g w i de ar ea r obu s t co nt r ol l er 栾居里 L UAN J u I i ( 沈阳职业技术学院，沈阳 1 1 0 0 4 5 ) 摘 要：传统电力系统稳定器( p s s s ) 主要是通过发电机励磁系统起作用的现场阻尼控制器。研究表明 远程信号比现场信号能够增加阻尼作用。本文提出了一种使用广域测量技术监控级电力系统 稳定器。提出控制器的鲁棒性能够补偿电

2、力系统的非线性动态运行和不确定的干扰。实现了 基于多a s e n t 系统理论的鲁棒S P S S 和现场P S S 的系统工作。并采用2 9 个发电机1 7 9 个总线的电 力系统对该控制器作为电力系统稳定性a s e n t 的鲁棒性进行研究。 关键词 ：多a s e n t 系统 ；稳定器 ；鲁棒控制 ；广域控制 中图分类号：T P 2 7 7 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 9 -0 1 3 4 ( 2 0 1 1 ) 2 ( 上) - o i 0 8 - 0 3 D o i ： 1 0 3 9 6 9 J i s s n 1 0 0 9 - 0 1 3 4 2 0 1 1 2

3、 ( 上) 3 4 0 引言 传统的分布式现场P S S s ( L P S S s ) 设计成由一个 在 固定 运 行点 周 围 的线 性模 型 的具 有 固定 参数 的 控制器。最后设置是 由现场一个或者两个运行工 作点来实现的。系统固有非线性成为模型不确定 性的主要来源。基于任意单个模型分布式现场 电 力 系统 稳 定 器参 数 可 能并 不 是 最佳 的 且 可能 限 制 了其稳定效应。但若阻尼控制器设计是基于鲁棒 性原则的 ，那最小误差在模型中就显得不是那么 重要 了，且 闭环控制系统将 会保证满足 系统的性 能水 平 。研 究 者 做 了很 多 的努 力 来设 计 电力 系统 控制

4、器 ，尤其是在不规则而扰动情况下使用优化 方法的电力系统稳定器。在没有督导级控制器时 现场模式和区间模式的强耦合可能会使抑制所有 模 式不 可 能 。文献 【 3 】 中，几 个 “ 工 作范 围从 属 函 数 ”用来协调单个发电机无限大总线电力系统的 多个现 场控制 器 。 分布式仪器技术使用 准确相量计量单位已成 为一个强大 的广域动态信息来源 。研 究发现，若 远程信号来源一个或多个异地 电力系统可用于 当 地控制器设计、系统动态性能可提高 。拥有动态 系统 信 息在 手 就可 能研 制 出一 种督 导 级 的 在线 控 制技术来 自动改变工作条件 。 1 鲁棒广域控制器设计 一般的 鲁

5、棒控制 问题如图1 所示，这里p ( s ) 和k ( s ) 分别是 开环 电力 系统 的状 态空 间的实现 和鲁 棒 控 制 器 ，和Z 分 别 是 与 的性 能 相关 的扰动 输 入 和输 出。 在摘要的标准公 式里 ， 的控制 问题变成 了 一个引入扰动 的问题 。具体说 控制包括从C O 到Z 的控制回路中最小化闭环R MS 增益，如图l 所示。 这可解释为使对输 出的最糟糕的干扰最小化 。作 为鲁棒控制器的输入信号，y 是分布式传感器选择 的广域 测量 。 督 导 级 电力 系统 稳 定性 主 要 关 注 的是 区域 动 态特性。从动态特性 的角度分析被一个区域都 包 含一组紧密耦

6、合的发 电机。该区域间的震荡模式 主要是 由两组或者是更多组发点及直接按同坐若 节点互联引起的。 简要介绍广义区域变量的含义： 定义 ：区域 变量 的变化满 足： z ( t ) = c o n s t a n t ( 1 ) 当子系统S 中所有的互联被移除时，该系统将 不存在干扰 。由这给定义可知，区间变量z ( t ) 是于 每一个区域有关联 的本地变量 。随着流量或者是 负载的变化 ，z ( t ) 随着时间是变化并且包含慢区间 动态特性 。从结构点角度，区 间变量致使对区域 的态变量有意义的一个概念。 控制 系统模 型中有传输 函数带变的动 态线性 模型是 系统不确定性主要来源。电力系

7、统是非线 性 时变 系统 。函数是 线性化点 ，若 系统存在两 一个工作条件则他将拥有一个不懂得线性传输函 数 。这些传递函数的区别代表着与正常传递函数 不同的不确定性 。鲁棒控制器 的设计是基于满足 频率响应准则原 则的。惩罚输 出不确定性模型如 图2 所 示 。不 确定性 的传递 函数为 ： 收稿日期：2 0 1 0 - 0 6 -1 7 作者简介：栾居里 ( 1 9 5 6一 )，男，黑龙江望奎人 ，副教授 ，研究方向为电气工程及 自动化 。 【 1 o 8 】 第3 3 卷第2 期2 0 1 1 - 2 ( 上 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o mP =

8、( 1 + ) ( 2 ) 这里，P 代表扰动传递函数，P 代表正常传递 函数 ，w代 表稳 定权 重 函数 ， 代 表 着不确 定 度 。 图1 H。 。 控制线性 矩阵不等式模型示 意图 图2乘法输 出的不确定性 2 电力系统稳定性机制 图3 S P S S a g e n t 逻辑不意图 S P S S a g e n t 是 由三个主 要组 成部分 。这些部 件是a g e n t 通讯、模糊逻辑控制器开关 ，鲁棒控制 器回路 。Ag e n t S P S S 设计如 图3 所示。那个心部分 与通 信 网络 通 过L P S S a g e n t s 和其 他 的S P S S a

9、 g e n t s 交换数据 。时 间延迟 的大小取决于S P S S 和L P S S 之间的数据传输 ，使用不 同的通信玩 了过 将会不 一样 。平 均 通 信 延 时 对 于 互 联 网 来说 是秒 量 级 ， 而 对 于 光纤 通 信 系统 是 几 十 毫 秒 量级 。 唱 的 时 间 延 时将 会 对 闭环 系统 的 稳 定 性 产 生 不好 的影 响 ， 将使 系统的鲁棒性降低。低地球 轨道卫星( L E OS ) 系统可 以利用MA T L AB T C P I P 工具箱模拟L P S S 和 S P S S 质检通过光纤通信的性能 。仿真研究时间延 迟 的范 围在 1 0

10、3 0 ms 。 因为S P S S 目标频 率带 宽范 围 在1 Hz 范围内，通信时间不期望太高了。 通 过 在 离 线分 析及 设 计 方 法 讨 论 得 到 了鲁 棒 广域 控 制器 回路 。这 些 控 制 器 回 路被 包 装 成 鲁 棒 控制器的一部分组件S P S S a g e n t s 的基本结构。 要广泛 利 用S P S S a g e n t 中的鲁棒控 制 回路 ，一 种 S u g e n o t y p e 模糊 干 涉 系统( F I S ) 用 来作 为 S P S S 鲁 棒 控 制器 开关 ，如 图3 所示 。该模 糊逻 辑 开关 和他 遵循规则的基础是

11、智能S P S S a g e n t的 “ 大脑 ”来 执 行 实 时 广 域 控 制 。 使 用模 糊 逻 辑 开 关 广域 控 制 示 意 图如 图4 所 示 。在 图4 中测量 的是 来 自L P S S s 的 系统信息 。互联节 点线路功率流 由模糊逻辑开关 需 要 测 量 数 据计 算 出来 ，用 来 识 别 系统 运 行 工 作 点 。基于该识别 ，有F I S 和输 出逻辑控制确定了控 制器回路 。对于相应运行条件输 出逻辑是选择鲁 棒控制回路 的识别码 F I S 模式能通过 自适应神经 模糊学 习技术测量来进行 自动修正。神经 网络学 习的主要 目的 是找 到和调 谐F

12、I S 的模型 参数 。 Ma n lu B l I p u t 审 r一一 l l l Me a s u r e men 挺# i 1 l j t Ou t p u t L o g i c ； L 一 一 受 ! 惶 噬 窑 尊 瞪 一 一 j 图4 模糊逻辑控 制器开关 图 鲁棒S P S S s 和现场P s s s 一起工作来增加 电力 系统对发电机励磁 系统阻尼 ，如图5 所示。每个都 可以看作是 电力系统稳定性a g e n t 。固可以功过 多 a g e n t 理论 来协调 S P S S s 和 现场P S S s 。提 出的概 念如 图6 所示 。 本文提 出的多a g

13、e n t 组你控 制结构 中作用区域 的定义是S P S S 能够感知且在没有人或其他直接干 预情况下迅速做 出反应的环境。作用区域可能包 含 多个 电力 系统 相 互联 系在一 起 。如 图6 所 示 ，一 个 作 用区域 可 能会痛 另一个重 叠 。在 图6 中L P S S 属 于作用 区域面积1 和作用区域2 。重叠是非常可能 的 因为 电力 系统 是如 此广 泛 。 【 下转 第1 8 4 页 l 第3 3 卷第2 期2 0 1 1 2 ( 上) 1 0 9 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o mI 生 訇 化 学活 动 。在 实 验过 程 中 ，教 师

14、 要 掌握 各 组 实验 的 进 程 ，并 从 引导 学 生 发现 问题 、分 析 问 题 和解 决 问题 的 角度 进行 有 针 对性 的 启 发 ，指 导 学生 通 过 参阅实验指导书 、技术文档和相互探讨完成所规 定 的实 验 任务 ，有 意识 地 培 养和 提 高 学生 发现 问 题 、分析 问题和 解决 问题 的能 力。 为 了鼓励 学 生 积极 主 动 的 学 习 ，我 们 提倡 学 生创新 。改变传统 的考核方式 ，采取 多元化的考 核方法，使考试成为促进学习的方法之一 。每个 任 务 完 成后 ，采取 自我评 价 、小组 评 价 与 教师 综 合评价相结合的评价方式 。考核评估

15、采用 “ 理论 + 实 践 ”的模式 ，使 学生从 思想 上重视 实 验教学 。 同时 ，注意过程 评价 与结果评 价相 结合 。 1 3运用仿真软件 网络技术对实验硬 件条件要求较高 ，并且 实 验操作稍不注意就会对软件系统和硬件系统产生 一定的破坏性 。我们就选用仿真软件进行部分实 验，就能够消除实验环境所带来的影 响，可以让 学生在不使用网络设备硬件 的情况下 ，也能顺利 完成 网络实验 ，从而既节约硬件资源和资金，又 充分 提 高 学生 的实 践动 手 能 力 。 同时 ，学生 采 用 这种方案完成实验，不必在固定的时间到实验室 操作 ，只要 自己有一台电脑在任何时间就可独立 完成。我

16、们选用路由模拟软件BO S ON N E T S I M和 Dy n a mi p s 来 进行 部分 的实 验教 学 ，弥 补实 验环 境 不足 所带来 的 问题 。 2 结论 总之 ，以上 改革和探索 ，在我校专业2 0 0 7 级 学生 中进行了实施 。结果表明 ，提高 了网络技术 的实验教学效果 ，培养学生构建和开发网络应用 系统的能力，学生反映 良好，可以进一步深入研 究和探 索。 参考文献： 1 】陆魁军 网络 工程实践教程 【 M】 浙江： 浙江 大学出版社， 2 0 0 6 ， ( 1 ) 2 】柳婵娟 计算机 网络实验教学 模式的改革 【 J 】 计 算机 育， 2 0 1

17、0 ， ( 1 3 ) 【 3 丁美荣 计算机网络实验 中基于模块的分层次教学研究 【 J 1 福建电脑， 2 0 1 0 ， ( 5 ) 盎 如 出 岛 岛 品 出 盎 岛 高 矗 盎 盎 毒 毒I 矗 重 蠡 蠡I ，童 重 矗 【 上接第 1 0 9 页 】 图5 L P S S 和S P S S 概念性输入 输出示意 图 、 一一 ， 图6多a g e n t 阻尼控制器结构图 【 1 8 4 】 第3 3 卷第2 期2 0 1 1 - 2 ( 上 ) 3 结论 提 出 了一 种 鲁棒 控 制 器 的 电 力 系统 振动 阻 尼 算法。使用广域测量 、鲁棒控制器是一个督导级 控 制器

18、可 以在 线追 踪 系统 区域 冬天 特 性 。一 个 基 于L MI 的方法应用于控制器的设计 。基于多a g e n t 系统 的概念 ，鲁棒控 制器被 嵌进一个 系统智 能 a g e n t ，从而与现场a g e n t s L P S S s 协调增加 系统阻 尼。多a g e n t 阻尼控制器结构显著地提高系统运行 的范围。广域鲁棒控制器及其与L P S S s 通过多a g e n t 系统协调的技术采用 了2 9 个机器、1 7 9 条总线来阐 释 了 。基 于 测 试 结 果 ，模 拟说 明 了提 出 的鲁棒 控 制器能够有效地降低系统的震荡在一定范围内。 参考文献： 1

19、 】A S n y d e r ， M Al a l i ， NHa d j s a i d ， DGe o r g e s ， T Ma r g o t i n ， a n d L M i l i ” A r obus t d ampi n g c on t r ol l e r f o r powe r s ys t e ms us i ng l i n ea r ma t r i x i ne qua l i t i es ”i n Pr oc 1 999 W i nt e r M e e t i n g I EEE Powe r EngSoc vo 1 1 _ P P 5 1 9 -5

20、 2 4 2 G N T a r a n t o ， J K S h i a u ，J H Ch o w， a n d HA Ot h a m， ” Ro b u s t dec e nt r al i z ed des i gn f or m ul t i pl e FACTS da m pi ng c o n t r o l l e r s ， ” P r o c 1 n s t El e c t E n g C， 1 9 9 7 ， 1 4 4 ， ( 1 ) ： 6 l 6 7 3 】G Ob i n a t a a n d B D O An d e r s o n ， Mo d e l R e d u c d o n f o r Co n t r ol Sys t em De s i g n Lon d on ， U K ： Sp r i n g e r Ve r l a g ， 20 01 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m