成功案例

基于远宽能源前沿技术的创新探索和经典案例

东北电力大学-满足预设输出跟踪性能的多机电力系统自适应模糊动态面滑模控制方法

用户与研究成果简介:

东北电力大学祝国强老师的科研团队提出了一种满足预设输出跟踪性能的多机电力系统自适应模糊动态面滑模控制方法。该方法将动态面方法与滑模变结构方法相结合,提高了所有误差面的鲁棒性和收敛速度;通过引入误差性能转换函数来实现预设的跟踪性能,这意味着可以预先设定任意期望的跟踪性能;在模糊逻辑系统中使用了权值向量范数的估计,大大减少了需要估计的参数数量,提升了控制器实用性;研究利用上海远宽的StarSim电力电子小步长实时仿真器进行实验,通过实验结果验证了所提出的自适应模糊动态面滑模控制方法的有效性,并把成果总结发表于《ISA Transactions》:

Guoqiang Zhu, Linlin Nie, Zhe Lv. Adaptive Fuzzy Dynamic Surface Sliding Mode Control of Large-Scale Power Systems with Prescribe Output Tracking Performance[J]. ISA Transactions, 2019. (SCI收录,DOI号10.1016/j.isatra.2019.08.063,IF=5.201)


含SVC多机电力系统协调控制问题的研究意义与现状



近几十年来,跨地区、跨国界输电已成为电网发展的趋势,其有多维、强耦合、高度非线性的特点将越发明显。因此,电力系统在运行过程中更容易遇到不稳定因素,如内部不确定性、外部干扰等,给电力系统的稳定控制增加了难度。为了保证电力系统安全稳定运行,需要提出更有效的控制策略,设计性能优异的控制器。对于具有不确定性的非线性电力系统,结合实际控制需要,多机系统励磁控制器的设计应满足如下需求。控制器的跟踪性能满足实际控制精度需要,即跟踪误差在预设条件内;具有较好的鲁棒性,以应对系统实际运行中受到的持续小干扰或突发故障;控制器设计简明,利于实时控制。目前常见的励磁控制方法都不能较好的满足全部控制需求。反馈线性化方法不考虑其非线性特征;自适应PID的参数调整依赖经验,且鲁棒性较差;反演控制方法因其固有的微分爆炸问题,控制律复杂。SVC设备可以有效地控制电压,提高电力系统的暂态稳定性。因此,各种控制技术被应用于开发SVC控制器。但是,一般的发电机励磁控制器和SVC控制器是相互独立设计的,没有考虑它们之间的联系和相互作用。不协调的控制策略可能会产生负面影响。


含SVC的多机电力系统模型的建立及控制目标



基于含SVC的大型电力系统模型具有强耦合性和高非线性的特点。励磁电力系统简化模型可表示为:

20200803001.png

对系统模型进行规范化转换,使20200803002.png,其中Vmi为接入点电压,Vrefi为参考电压,则公式(1)可以表示为如下两个子系统:

20200803003.png

20200803005.png



控制目标是设计一个自适应动态面滑模励磁控制器,使得SVC的接入点电压跟踪参考电压,发电机的功角跟踪目标功角。



多机电力系统自适应模糊动态面滑模控制器设计



传统的电力系统控制方法中一般将电力系统模型简化为单机无穷大系统,对于装配了SVC设备及多机互联耦合影响的情况研究很少,东北电力大学祝国强团队提出的自适应模糊动态面滑模控制(Adaptive Dynamic Surface Sliding Mode Control,ADSSMC)方法综合考虑了多机互联耦合的电网实际情况,设计自适应模糊动态面滑模控制器。控制策略示意图如图1所示。


20200803006.png


图 1 ADSSMC控制方案结构


20200803007.png


多机电力系统自适应模糊动态面滑模控制方法的仿真实验



研究已经完成了仿真实验验证。实验验证了所提出的方法能否有效地改善含SVC的双机励磁系统的跟踪性能和暂态稳定,采用传统的自适应backstepping控制方法(Traditional adaptive backstepping control,TABSC)、纯自适应动态面法(Adaptive dynamic surface control,ADSC)以及自适应滑模控制(Adaptive sliding mode control,ASMC)作为对照,模拟了在操作点不同的两种情况下进行控制效果对比,并假设三相短路故障发上在两个发电机和之间的一条传输线路上。一般来说,输电线路三相电压短路故障这种实验一般较难在实物系统上实现;纯软件仿真又有无法接入真实控制器的缺点,较难反应出真实控制器中的延迟和有限精度。实时仿真器可以同真实控制器连接,又不会有故障实验危险的问题,是多机电力系统控制方案验证的理想测试设备。


远宽能源(www.modeling-tech.com)提供的StarSim实时仿真器,基于电力电子器件的细节模型,利用最新的FPGA技术,可以实现1微秒步长、任意拓扑、任意工况的电力电子系统实时仿真,被广泛应用于牵引供电系统故障诊断、控制策略验证、可再生能源并网、电机驱动等的实时仿真中;东北电力大学的科研团队就采用了StarSim电力电子实时仿真器来进行所提出的多机电力系统励磁与SVC自适应模糊动态面滑模控制方法的试验验证。


图2是HIL+RCP测试平台示意图,其包括实时仿真系统HIL和快速控制原型RCP, 其中电力电子系统是利用StarSim FPGA Solver按1微秒的步长实时仿真;控制算法运行在RCP控制器上,电力系统模型运行在HIL实时仿真器上,两者通过真实的物理IO互连。


20200803008.png


图 2 HIL+RCP测试平台示意图


下图为在小步长实时仿真实验平台上两种工况下的跟踪误差信号的实验波形。

20200803009.png


由图3和图4可以看出,所提出的ADSSMC方法的跟踪误差始终保持在其预设的误差曲线以内。可以看出,与其他三种控制方案相比,所提出的ADSSMC控制方法具有最小的稳态跟踪误差()、最快的调节时间以及更好的鲁棒性,验证了ADSSMC方法在多机电力系统励磁与SVC协调控制上的有效性。


热点内容
热点内容

关注远宽能源公众号

电话:(+86) 021-65011357
邮件:info@modeling-tech.com
上海办公室:上海市杨浦区隆昌路619号城市概念6号楼2层
武汉办公室:湖北省武汉市武昌区友谊大道2号2008新长江广场A座906室