使用廣域魯棒控制的電力系統穩定方法

欒居里

LUAN Ju-li

（沈陽職業技術學院，沈陽 110045）

0 引言

傳統的分布式現場PSSs（LPSSs）設計成由一個在固定運行點周圍的線性模型的具有固定參數的控制器。最后設置是由現場一個或者兩個運行工作點來實現的。系統固有非線性成為模型不確定性的主要來源?；谌我鈫蝹€模型分布式現場電力系統穩定器參數可能并不是最佳的且可能限制了其穩定效應。但若阻尼控制器設計是基于魯棒性原則的，那最小誤差在模型中就顯得不是那么重要了，且閉環控制系統將會保證滿足系統的性能水平。研究者做了很多的努力來設計電力系統控制器，尤其是在不規則而擾動情況下使用優化方法的電力系統穩定器。在沒有督導級控制器時現場模式和區間模式的強耦合可能會使抑制所有模式不可能。文獻[3]中，幾個“工作范圍從屬函數”用來協調單個發電機無限大總線電力系統的多個現場控制器。

分布式儀器技術使用準確相量計量單位已成為一個強大的廣域動態信息來源。研究發現，若遠程信號來源一個或多個異地電力系統可用于當地控制器設計、系統動態性能可提高[3]。擁有動態系統信息在手就可能研制出一種督導級的在線控制技術來自動改變工作條件。

1 魯棒廣域控制器設計

一般的 魯棒控制問題如圖1所示，這里p（s）和k（s）分別是開環電力系統的狀態空間的實現和魯棒控制器，ω和z分別是與 的性能相關的擾動輸入和輸出。

在摘要的標準公式里，的控制問題變成了一個引入擾動的問題。具體說 控制包括從ω到z的控制回路中最小化閉環RMS增益，如圖1所示。這可解釋為使對輸出的最糟糕的干擾最小化。作為魯棒控制器的輸入信號，y是分布式傳感器選擇的廣域測量。

督導級電力系統穩定性主要關注的是區域動態特性。從動態特性的角度分析被一個區域都包含一組緊密耦合的發電機。該區域間的震蕩模式主要是由兩組或者是更多組發點及直接按同坐若節點互聯引起的。

簡要介紹廣義區域變量的含義：

定義：區域變量的變化滿足：z（t）=constant （1）

當子系統Si中所有的互聯被移除時，該系統將不存在干擾。由這給定義可知，區間變量z（t）是于每一個區域有關聯的本地變量。隨著流量或者是負載的變化，z（t）隨著時間是變化并且包含慢區間動態特性。從結構點角度，區間變量致使對區域的態變量有意義的一個概念。

控制系統模型中有傳輸函數帶變的動態線性模型是系統不確定性主要來源。電力系統是非線性時變系統。函數是線性化點，若系統存在兩一個工作條件則他將擁有一個不懂得線性傳輸函數。這些傳遞函數的區別代表著與正常傳遞函數不同的不確定性。魯棒控制器的設計是基于滿足頻率響應準則原則的。懲罰輸出不確定性模型如圖2所示。不確定性的傳遞函數為：

這里，P'代表擾動傳遞函數，P代表正常傳遞函數，W代表穩定權重函數，?代表著不確定度。

圖1 H∞控制線性矩陣不等式模型示意圖

圖2 乘法輸出的不確定性

2 電力系統穩定性機制

圖3 SPSS agent邏輯示意圖

SPSS agent是由三個主要組成部分。這些部件是agent通訊、模糊邏輯控制器開關，魯棒控制器回路。Agent SPSS設計如圖3所示。那個心部分與通信網絡通過LPSS agents和其他的SPSS agents交換數據。時間延遲的大小取決于SPSS和LPSS之間的數據傳輸，使用不同的通信玩了過將會不一樣。平均通信延時對于互聯網來說是秒量級，而對于光纖通信系統是幾十毫秒量級。唱的時間延時將會對閉環系統的穩定性產生不好的影響，將使系統的魯棒性降低。低地球軌道衛星（LEOS）系統可以利用MATLAB TCPIP工具箱模擬LPSS和SPSS質檢通過光纖通信的性能。仿真研究時間延遲的范圍在10-30ms。因為SPSS目標頻率帶寬范圍在1Hz范圍內，通信時間不期望太高了。

通過在離線分析及設計方法討論得到了魯棒廣域控制器回路。這些控制器回路被包裝成魯棒控制器的一部分組件SPSS agents的基本結構。

要廣泛利用SPSS agent 中的魯棒控制回路，一種Sugeno-type模糊干涉系統（FIS）用來作為SPSS魯棒控制器開關，如圖3所示。該模糊邏輯開關和他遵循規則的基礎是智能SPSS agent 的“大腦”來執行實時廣域控制。使用模糊邏輯開關廣域控制示意圖如圖4所示。在圖4中測量的是來自LPSSs的系統信息。互聯節點線路功率流由模糊邏輯開關需要測量數據計算出來，用來識別系統運行工作點?；谠撟R別，有FIS和輸出邏輯控制確定了控制器回路。對于相應運行條件輸出邏輯是選擇魯棒控制回路的識別碼.FIS模式能通過自適應神經模糊學習技術測量來進行自動修正。神經網絡學習的主要目的是找到和調諧FIS的模型參數。

圖4 模糊邏輯控制器開關圖

魯棒SPSSs和現場PSSs一起工作來增加電力系統對發電機勵磁系統阻尼，如圖5所示。每個都可以看作是電力系統穩定性agent。固可以功過多agent理論來協調SPSSs和現場PSSs。提出的概念如圖6所示。

本文提出的多agent組你控制結構中作用區域的定義是SPSS能夠感知且在沒有人或其他直接干預情況下迅速做出反應的環境。作用區域可能包含多個電力系統相互聯系在一起。如圖6所示，一個作用區域可能會痛另一個重疊。在圖6中LPSS屬于作用區域面積1和作用區域2。重疊是非?？赡艿囊驗殡娏ο到y是如此廣泛。

圖5 LPSS和SPSS概念性輸入/輸出示意圖

圖6 多agent阻尼控制器結構圖

3 結論

提出了一種魯棒控制器的電力系統振動阻尼算法。使用廣域測量、魯棒控制器是一個督導級控制器可以在線追蹤系統區域冬天特性。一個基于LMI的方法應用于控制器的設計?；诙郺gent系統的概念，魯棒控制器被嵌進一個系統智能agent，從而與現場agents-LPSSs協調增加系統阻尼。多agent阻尼控制器結構顯著地提高系統運行的范圍。廣域魯棒控制器及其與LPSSs通過多agent系統協調的技術采用了29個機器、179條總線來闡釋了。基于測試結果，模擬說明了提出的魯棒控制器能夠有效地降低系統的震蕩在一定范圍內。

[1]A.Snyder,M.Alali,N.Hadjsaid,D.Georges,T.Margotin,and L.Mili,"A robust damping controller for power systems using linear matrix inequalities," in Proc.1999 Winter Meeting IEEE Power Eng.Soc.,vol.1,pp.519–524.

[2]G.N.Taranto,J.K.Shiau,J.H.Chow,and H.A.Otham,"Robust decentralized design for multiple FACTS damping controllers,"Proc.Inst.Elect.Eng.C,1997,144,（1）：61–67.

[3]G.Obinata and B.D.O.Anderson,Model Reduction for Control System Design.London,U.K.：Springer-Verlag,2001.