使用廣域魯棒控制的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法

欒居里

LUAN Ju-li

（沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，沈陽 110045）

0 引言

傳統(tǒng)的分布式現(xiàn)場(chǎng)PSSs（LPSSs）設(shè)計(jì)成由一個(gè)在固定運(yùn)行點(diǎn)周圍的線性模型的具有固定參數(shù)的控制器。最后設(shè)置是由現(xiàn)場(chǎng)一個(gè)或者兩個(gè)運(yùn)行工作點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)固有非線性成為模型不確定性的主要來源。基于任意單個(gè)模型分布式現(xiàn)場(chǎng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)可能并不是最佳的且可能限制了其穩(wěn)定效應(yīng)。但若阻尼控制器設(shè)計(jì)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(huán)控制系統(tǒng)將會(huì)保證滿足系統(tǒng)的性能水平。研究者做了很多的努力來設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)控制器，尤其是在不規(guī)則而擾動(dòng)情況下使用優(yōu)化方法的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。在沒有督導(dǎo)級(jí)控制器時(shí)現(xiàn)場(chǎng)模式和區(qū)間模式的強(qiáng)耦合可能會(huì)使抑制所有模式不可能。文獻(xiàn)[3]中，幾個(gè)“工作范圍從屬函數(shù)”用來協(xié)調(diào)單個(gè)發(fā)電機(jī)無限大總線電力系統(tǒng)的多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器。

分布式儀器技術(shù)使用準(zhǔn)確相量計(jì)量單位已成為一個(gè)強(qiáng)大的廣域動(dòng)態(tài)信息來源。研究發(fā)現(xiàn)，若遠(yuǎn)程信號(hào)來源一個(gè)或多個(gè)異地電力系統(tǒng)可用于當(dāng)?shù)乜刂破髟O(shè)計(jì)、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能可提高[3]。擁有動(dòng)態(tài)系統(tǒng)信息在手就可能研制出一種督導(dǎo)級(jí)的在線控制技術(shù)來自動(dòng)改變工作條件。

1 魯棒廣域控制器設(shè)計(jì)

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(huán)電力系統(tǒng)的狀態(tài)空間的實(shí)現(xiàn)和魯棒控制器，ω和z分別是與 的性能相關(guān)的擾動(dòng)輸入和輸出。

在摘要的標(biāo)準(zhǔn)公式里，的控制問題變成了一個(gè)引入擾動(dòng)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(huán)RMS增益，如圖1所示。這可解釋為使對(duì)輸出的最糟糕的干擾最小化。作為魯棒控制器的輸入信號(hào)，y是分布式傳感器選擇的廣域測(cè)量。

督導(dǎo)級(jí)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性主要關(guān)注的是區(qū)域動(dòng)態(tài)特性。從動(dòng)態(tài)特性的角度分析被一個(gè)區(qū)域都包含一組緊密耦合的發(fā)電機(jī)。該區(qū)域間的震蕩模式主要是由兩組或者是更多組發(fā)點(diǎn)及直接按同坐若節(jié)點(diǎn)互聯(lián)引起的。

簡(jiǎn)要介紹廣義區(qū)域變量的含義：

定義：區(qū)域變量的變化滿足：z（t）=constant （1）

當(dāng)子系統(tǒng)Si中所有的互聯(lián)被移除時(shí)，該系統(tǒng)將不存在干擾。由這給定義可知，區(qū)間變量z（t）是于每一個(gè)區(qū)域有關(guān)聯(lián)的本地變量。隨著流量或者是負(fù)載的變化，z（t）隨著時(shí)間是變化并且包含慢區(qū)間動(dòng)態(tài)特性。從結(jié)構(gòu)點(diǎn)角度，區(qū)間變量致使對(duì)區(qū)域的態(tài)變量有意義的一個(gè)概念。

控制系統(tǒng)模型中有傳輸函數(shù)帶變的動(dòng)態(tài)線性模型是系統(tǒng)不確定性主要來源。電力系統(tǒng)是非線性時(shí)變系統(tǒng)。函數(shù)是線性化點(diǎn)，若系統(tǒng)存在兩一個(gè)工作條件則他將擁有一個(gè)不懂得線性傳輸函數(shù)。這些傳遞函數(shù)的區(qū)別代表著與正常傳遞函數(shù)不同的不確定性。魯棒控制器的設(shè)計(jì)是基于滿足頻率響應(yīng)準(zhǔn)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(shù)為：

這里，P'代表擾動(dòng)傳遞函數(shù)，P代表正常傳遞函數(shù)，W代表穩(wěn)定權(quán)重函數(shù)，?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(tǒng)穩(wěn)定性機(jī)制

圖3 SPSS agent邏輯示意圖

SPSS agent是由三個(gè)主要組成部分。這些部件是agent通訊、模糊邏輯控制器開關(guān)，魯棒控制器回路。Agent SPSS設(shè)計(jì)如圖3所示。那個(gè)心部分與通信網(wǎng)絡(luò)通過LPSS agents和其他的SPSS agents交換數(shù)據(jù)。時(shí)間延遲的大小取決于SPSS和LPSS之間的數(shù)據(jù)傳輸，使用不同的通信玩了過將會(huì)不一樣。平均通信延時(shí)對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)來說是秒量級(jí)，而對(duì)于光纖通信系統(tǒng)是幾十毫秒量級(jí)。唱的時(shí)間延時(shí)將會(huì)對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不好的影響，將使系統(tǒng)的魯棒性降低。低地球軌道衛(wèi)星（LEOS）系統(tǒng)可以利用MATLAB TCPIP工具箱模擬LPSS和SPSS質(zhì)檢通過光纖通信的性能。仿真研究時(shí)間延遲的范圍在10-30ms。因?yàn)镾PSS目標(biāo)頻率帶寬范圍在1Hz范圍內(nèi)，通信時(shí)間不期望太高了。

通過在離線分析及設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)。

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(tǒng)（FIS）用來作為SPSS魯棒控制器開關(guān)，如圖3所示。該模糊邏輯開關(guān)和他遵循規(guī)則的基礎(chǔ)是智能SPSS agent 的“大腦”來執(zhí)行實(shí)時(shí)廣域控制。使用模糊邏輯開關(guān)廣域控制示意圖如圖4所示。在圖4中測(cè)量的是來自LPSSs的系統(tǒng)信息。互聯(lián)節(jié)點(diǎn)線路功率流由模糊邏輯開關(guān)需要測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出來，用來識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)行工作點(diǎn)。基于該識(shí)別，有FIS和輸出邏輯控制確定了控制器回路。對(duì)于相應(yīng)運(yùn)行條件輸出邏輯是選擇魯棒控制回路的識(shí)別碼.FIS模式能通過自適應(yīng)神經(jīng)模糊學(xué)習(xí)技術(shù)測(cè)量來進(jìn)行自動(dòng)修正。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的主要目的是找到和調(diào)諧FIS的模型參數(shù)。

圖4 模糊邏輯控制器開關(guān)圖

魯棒SPSSs和現(xiàn)場(chǎng)PSSs一起工作來增加電力系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)阻尼，如圖5所示。每個(gè)都可以看作是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性agent。固可以功過多agent理論來協(xié)調(diào)SPSSs和現(xiàn)場(chǎng)PSSs。提出的概念如圖6所示。

本文提出的多agent組你控制結(jié)構(gòu)中作用區(qū)域的定義是SPSS能夠感知且在沒有人或其他直接干預(yù)情況下迅速做出反應(yīng)的環(huán)境。作用區(qū)域可能包含多個(gè)電力系統(tǒng)相互聯(lián)系在一起。如圖6所示，一個(gè)作用區(qū)域可能會(huì)痛另一個(gè)重疊。在圖6中LPSS屬于作用區(qū)域面積1和作用區(qū)域2。重疊是非常可能的因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)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(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)論

提出了一種魯棒控制器的電力系統(tǒng)振動(dòng)阻尼算法。使用廣域測(cè)量、魯棒控制器是一個(gè)督導(dǎo)級(jí)控制器可以在線追蹤系統(tǒng)區(qū)域冬天特性。一個(gè)基于LMI的方法應(yīng)用于控制器的設(shè)計(jì)。基于多agent系統(tǒng)的概念，魯棒控制器被嵌進(jìn)一個(gè)系統(tǒng)智能agent，從而與現(xiàn)場(chǎng)agents-LPSSs協(xié)調(diào)增加系統(tǒng)阻尼。多agent阻尼控制器結(jié)構(gòu)顯著地提高系統(tǒng)運(yùn)行的范圍。廣域魯棒控制器及其與LPSSs通過多agent系統(tǒng)協(xié)調(diào)的技術(shù)采用了29個(gè)機(jī)器、179條總線來闡釋了。基于測(cè)試結(jié)果，模擬說明了提出的魯棒控制器能夠有效地降低系統(tǒng)的震蕩在一定范圍內(nèi)。

[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.