基于模糊模型的电力系统广域网络化控制分析与设计

发布时间：2017-04-21 09:20

  本文关键词：基于模糊模型的电力系统广域网络化控制分析与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【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。
【关键词】：电力系统广域控制 网络控制系统 Mamdani模糊控制 T-S模糊控制 异步动态系统 时延 丢包 环境噪声
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM712
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1 绪论13-23
• 1.1 研究背景和选题意义13-14
• 1.2 广域测量系统概述14-17
• 1.2.1 WAMS的硬件架构15-16
• 1.2.2 WAMS的时延和时延的一般处理方法16-17
• 1.3 网络控制系统在电力系统中应用的研究现状17-20
• 1.4 本文的主要内容和章节安排20-21
• 1.5 本章小结21-23
• 2 与本文相关的基础理论概述23-31
• 2.1 模糊控制理论23-25
• 2.1.1 Mamdani模糊模型概述23-24
• 2.1.2 T-S模糊模型描述24-25
• 2.2 并行分布补偿(PDC)方法25-26
• 2.3 线性矩阵不等式方法26-28
• 2.3.1 LMI的定义27
• 2.3.2 LMI的三类标准问题27-28
• 2.4 鲁棒稳定性理论28-29
• 2.5 本章小结29-31
• 3 带时延补偿的电力系统模糊广域控制的分析和设计31-51
• 3.1 引言31
• 3.2 模糊逻辑广域阻尼控制器的分析和设计31-35
• 3.2.1 模糊化32-34
• 3.2.2 推理机和模糊规则34
• 3.2.3 解模糊34-35
• 3.3 具有时延补偿的模糊逻辑广域阻尼控制器的分析和设计35-40
• 3.3.1 WAMS中的网络传输时延35-36
• 3.3.2 模糊分割的调整36-38
• 3.3.3 时延补偿的原理38-40
• 3.4 以4机2区域测试系统为实例的数值验证40-50
• 3.4.1 仿真工具箱及仿真模型40-43
• 3.4.2 FLWADC的仿真43-44
• 3.4.3 固定和随机时延条件下FLWADC-DC的仿真44-46
• 3.4.4 FLWADC-DC与传统的WADC的对比46-50
• 3.5 本章小结50-51
• 4 单机无穷大电力系统的T-S模糊建模51-61
• 4.1 引言51-52
• 4.2 单机无穷大电力系统的连续时间状态方程的建立52-56
• 4.3 单机无穷大电力系统的T-S模糊等效模型56-60
• 4.4 本章小结60-61
• 5 基于T-S模糊模型的电力系统广域控制的分析和设计61-85
• 5.1 引言61
• 5.2 电力系统中WAMS的相关描述61-64
• 5.3 存在时延、丢包和环境噪声的系统的T-S模糊建模64-67
• 5.3.1 被控对象的T-S模糊模型64-66
• 5.3.2 控制器的T-S模糊模型66
• 5.3.3 闭环系统的T-S模糊描述66-67
• 5.4 系统的稳定性分析与控制器的参数确定67-77
• 5.5 以单机无穷大电力系统为实例的数值验证77-83
• 5.5.1 仿真参数及仿真模型77-80
• 5.5.2 仿真条件及仿真结果80-83
• 5.6 本章小结83-85
• 6 结论与进一步工作85-87
• 6.1 本文结论85-86
• 6.2 对后续研究工作的建议86-87
• 参考文献87-91
• 附录A91-93
• 附录B93-95
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果95-99
• 学位论文数据集99

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本文编号：320035