使用广域鲁棒控制的电力系统稳定方法

栾居里

LUAN Ju-li

（沈阳职业技术学院，沈阳 110045）

0 引言

传统的分布式现场PSSs（LPSSs）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[3]。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，ω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ω到z的控制回路中最小化闭环RMS增益，如图1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）=constant （1）

当子系统Si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：

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 SPSS agent逻辑示意图

SPSS agent是由三个主要组成部分。这些部件是agent通讯、模糊逻辑控制器开关，鲁棒控制器回路。Agent SPSS设计如图3所示。那个心部分与通信网络通过LPSS agents和其他的SPSS agents交换数据。时间延迟的大小取决于SPSS和LPSS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（LEOS）系统可以利用MATLAB TCPIP工具箱模拟LPSS和SPSS质检通过光纤通信的性能。仿真研究时间延迟的范围在10-30ms。因为SPSS目标频率带宽范围在1Hz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SPSS agents的基本结构。

要广泛利用SPSS agent 中的鲁棒控制回路，一种Sugeno-type模糊干涉系统（FIS）用来作为SPSS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智能SPSS agent 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LPSSs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FIS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.FIS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FIS的模型参数。

图4 模糊逻辑控制器开关图

鲁棒SPSSs和现场PSSs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agent。固可以功过多agent理论来协调SPSSs和现场PSSs。提出的概念如图6所示。

本文提出的多agent组你控制结构中作用区域的定义是SPSS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LPSS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。

图5 LPSS和SPSS概念性输入/输出示意图

图6 多agent阻尼控制器结构图

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可以在线追踪系统区域冬天特性。一个基于LMI的方法应用于控制器的设计。基于多agent系统的概念，鲁棒控制器被嵌进一个系统智能agent，从而与现场agents-LPSSs协调增加系统阻尼。多agent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LPSSs通过多agent系统协调的技术采用了29个机器、179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。

[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.