新型模糊逻辑二级电压控制器

摘要： 设计了一种新型的基于极坐标二值模糊逻辑规则的模糊逻辑二级电压控制器。该控制器有效地将模糊逻辑规则和二次电压控制相结合：将引导节点的电压偏差及其微分作为模糊逻辑控制规则的前项输入，与规则作用后，推理出相应的电压控制信号，然后引入比例积分器，得到区域无功控制信号，通过发电机的励磁控制，实现对引导节点电压的控制。该控制器通过引入控制发电机的参与因子，实现了区域内各控制发电机之间的相互协调和补充。以New England 39节点系统为例进行仿真计算，结果表明：所设计的二级电压控制器在系统发生电压扰动的期间，能够从区域电压稳定的角度出发，调整各级电压控制器的电压参考值从而调整其无功出力，为系统提供所需的电压支持，使得系统的负荷电压水平维持在较好的状态，提高了系统的电压稳定性。它比常规PID二级电压控制器具有更好的控制性能。     

新型模型逻辑二级电压控制器

设计了一种新型的基本极于极坐标二值模糊逻辑规则的模糊逻辑二级电压控制器，该控制器有效地将模糊逻辑规则和二次电压控制相结合：将引导节点的电压偏差及其微分作为模糊逻辑控制规则的前项输入，与规则作用后，推理出相应的电压控制信号，然后引入比例积分器，得到区域无功控制信号，通过发电机的励磁控制，实现对引导节点电压的控制，该控制器通过引入控制发电机的参与因子，实现了区域内各控制发电机之间的相互协调和补充。以New England39节点系统为例进行仿真出发，结果表明：所设计的二级电压控制器在系统发生电压扰动的期间，能够从区域电压稳定的角度出发，调整各级电压控制器的电压参考值从而调整其无功出力，为系统提供所需的电压支持，使得系统的负荷电压水平维持在较好的状态，提高了系统的电压稳定性，它比常规PID二级电压控制器具有更好的控制性能。     

同步发电机的非线性PID励磁控制

文章将一种非线性ＰＩＤ控制方法引入发电机的励磁控制。该方法通过引入非线性跟踪微分器和ＰＩＤ控制信号的非线性组合,改善了常规ＰＩＤ受一点线性化所产生的缺陷,又保留了常规ＰＩＤ结构简单,鲁棒性强的特点。在计及发电机角速度误差信号和机端电压误差信号的目标函数基础上,ＰＩＤ参数用ＩＴＡＥ法对以变量Δω设计的控制器进行优化,改善了机端电压的品质。该励磁控制方式鲁棒性强,控制品质好,有利于提高系统的暂态稳定性     

同步发电机的非线性状态PI附加励磁控制

为解决电力系统的强非线性和不确定性问题，避免反馈线性化励磁控制器由于数学模型的误差而影响控制器性能的缺点，利用非线性状态比例积分PI控制理论设计了同步发电机附加励磁控制器，所得的控制规律与系统运行点和网络结构完全无关，同时控制器本身结构简单。仿真计算表明所设计的附加励磁控制器对系统运行点的变化具有良好的适应能力，可以有效地改善系统的稳定性。     

非线性励磁控制中输出函数对系统性能的影响

发现在进行非线性系统的非线性控制设计时，状态方程中输出函数的选取对线性化以后系统状态方程的形式有很大的影响，进而影响到所设计的控制器性能。在此研究结果的基础上，改进了电力系统非线性控制器的设计方法，可以在统一的非线性控制设计框架下同时对多个状态量的性能指标提出要求，兼顾受控系统多个状态量的响应特性，使系统的动态性能和静态性能能够很好地协调，实现高性能的非线性控制。将改进的设计方法应用于发电机组的励磁控制，采用逆系统非线性控制原理设计了一种具有综合性能指标的非线性励磁控制规律。将所设计的多指标非线性励磁控制律用于单机无穷大电力系统的同步发电机组中进行仿真实验，其结果表明所提出的控制器不仅能明显地提高发电机的动态稳定性，而立能准确地将发电机的端电压控制在其给定值上运行，不会因受扰而发生偏移。     

基于直接反馈线性化的非线性励磁控制策略的研究

根据发电机励磁控制的任务，文章提出了一种简便的非线性励磁控制规律的设计方法。应用该方法设计的非线性励磁控制器不仅可以有效改进电力系统的稳定性，还可以满足电压调节的要求。仿真实验验证了该设计方法的正确性。     

SVC与发电机励磁的非线性变结构协调控制

针对电力系统的强非线性和不确定性特点及精确反馈线性化的不足,引入自抗扰控制技术设计了能同时改善电力系统功角稳定和电压动态特性的静止无功补偿(SVC)与发电机励磁的变结构协调控制器。扩张状态观测器的动态补偿作用不仅使励磁控制与SVC控制实现解耦,而且使二者均能实现当地信号控制。仿真结果表明提出的非线性鲁棒变结构协调控制器能有效地改善系统的动态稳定性。所设计的控制器对系统运行点和网络结构的变化具有良好的适应性和鲁棒性。     

非线性励磁控制方法的研究

根据发电机励磁控制的任务,提出了一种简便的非线性励磁控制策略的设计方法。应用该方法设计的非线性励磁控制器不仅可以有效地改进电力系统的稳定性,还可以满足电压调节的要求,并通过仿真实验验证了该设计方法的正确性。     

非线性励磁控制方法的研究

根据发电机励磁控制的任务,提出了一种简便的非线性励磁控制策略的设计方法.应用该方法设计的非线性励磁控制器不仅可以有效地改进电力系统的稳定性,还可以满足电压调节的要求,并通过仿真实验验证了该设计方法的正确性.     

一种基于MAC的非线性预测励磁控制器的设计

提出了一种新的非线性系统控制设计方法。通过运用预测控制理论中的模型算法控制(MAC)的设计原理,同时引入机端电压偏差积分项,针对单机无穷大系统进行非线性预测控制设计,得到了一种基于模型算法控制的非线性预测励磁控制器。仿真结果表明:这种设计方法不仅能够有效解决由于原动机阶跃输入扰动带来的发电机机端电压偏差问题,而且改善了功角稳定性和发电机机端电压的动态特性。     

基于模糊控制的广域阻尼控制器设计

针对互联电力系统低频振荡问题,提出了一种用广域反馈信号作为附加稳定信号的励磁控制器的设计方法。广域信号传输存在的通信时滞用模糊控制方法进行补偿。描述了确定模糊推理规则的方法,首先分析模糊逻辑控制器的输入量和理想输出量,根据输入量和输出量之间的关系确定模糊论域、隶属度函数和模糊推理规则,从而建立模糊逻辑控制器。用Matlab/Simulink软件对4机2区域系统进行仿真,测试模糊广域阻尼控制器性能。仿真结果表明,所设计的控制器能补偿通信过程中存在的较大时滞,增加互联电力系统阻尼。仿真结果验证了模糊控制具有较好的鲁棒性和适应性。     

模糊-PI双模控制和带电压反馈非线性最优励磁控制器的设计

针对传统PID控制器难以控制具有非线性、大滞后、参数时变性和模型不确定性的电力系统,提出了一种基于模糊-PI双模控制与带电压负反馈非线性最优励磁控制并联运行的控制方法,并借助MATLAB模糊逻辑工具箱进行仿真分析,调整参数以适应与带电压负反馈非线性最优励磁控制器的并联运行.仿真结果表明,对于单机无穷大系统,采用模糊-PI双模控制与带电压负反馈非线性最优励磁控制并联运行的控制方法,对抑制动态扰动环境具有较好的适应性和鲁棒性.     

Integrated PLC-fuzzy PID Simulink implemented AVR system

Improving the transient response of power generation systems using automation control in a precise manner is the key issue. We design a fuzzy proportional integral derivative (PID) controller using Matlab and programmable logic controllers (PLCs) for a set point voltage control problem in the automatic voltage regulator (AVR) system. The controller objective is to maintain the terminal voltage all the time under any loads and operational conditions by attaining to the desired range via the regulation of the generator exciter voltage. The main voltage control system uses PLCs to implement the AVR action. The proposed fuzzy controller combines the genetic algorithm (GA), radial-basis function network (RBF-NN) identification and fuzzy logic control to determine the optimal PID controller parameters in AVR system. The RBF tuning for various operating conditions is further employed to develop the rule base of the Sugeno fuzzy system. The fuzzy PID controller (GNFPID) is further designed to transfer in PLCs (STEP 75.5) for implementing the AVR system with improved system response. An inherent interaction between two generator terminal voltage control and excitation current is revealed. The GNFPID controller configures the control signal based on interaction and there by reduces the voltage error and the oscillation in the terminal voltage control process. We achieve an excellent voltage control performance by testing the proposed fuzzy PID controller on a practical AVR system in synchronous generator for improve the transient response.     

MICROPROCESSOR BASED NONLINEAR EXCITATION CONTROLLER FOR SYNCHRONOUS MACHINES

ABSTRACT

The synchronous machines in power systems have the excitation systems of field winding to improve the transient stability of power systems. The synchronous machines are nonlinear systems, however, the excitation systems have been designed based on linearized systems, because the stability analysis of nonlinear systems is difficult and the generalized control method of nonlinear systems has not been developed yet.

This paper proposes a nonlinear excitation controller for synchronous machines in power systems. For the sake of simplification of the nonlinear state feedback control, this paper considers both the transient stability and the suppression of the rotor swings in transient conditions. The effect of the automatic voltage regulator (AVR) for the synchronous generator is not discussed here. This controller is designed based on Lyapunov's direct method that can directly judge the stability of nonlinear systems. The usefulness and validity of the proposed excitation controller are confirmed by numerical simulations and experiments. The microprocessor based generator excitation system that consists of a nonlinear controller, state variable detector, and PWM inverter, is constructed. The nonlinear excitation controller can improve the transient stability of synchronous machines.     

Power converter control based on neural and fuzzy methods

The new power converter control approaches based on neural network techniques and fuzzy logic theorems are briefly reviewed and discussed in this paper. Current-controlled voltage source inverters offer substantial advantages in improving motor system dynamics for high-performance AC drive systems. The controller switches follow a set of reference current waveforms. Fixed-band and sinusoidal-band hysteresis current controllers have been studied. The first part of this paper develops neural network and fuzzy logic based current-controlled voltage source inverters. The models and learning techniques have been investigated by simulation. The implementation of neural networks is described and simulation results are presented. In the second part of this paper, the new UPS (uninterruptible power supply) with fuzzy logic compensator is proposed. The proposed fuzzy logic compensator is used to prevent voltage drop from nonlinear loads. The total harmonic distortion (THD) of the proposed scheme is better than that of conventional deadbeat control methods for linear and nonlinear loads. The applications of fuzzy and neural network control to DC-DC converters operating at finite switching frequency are studied in the third part of this paper. The fuzzy logic and neural network controller for unity power factor rectifiers, half-bridge DC-DC ZVZCS converters, DC motor drives, induction motor drives and permanent-magnet motor drives are also discussed. Some simulations are presented in this paper.     

STATCOM模糊控制的综合优化设计

针对严重非线性静止同步补偿器模糊逻辑控制隶属函数的参数和模糊控制规则调整困难的问题,根据微遗传算法,并利用模糊系统的逼近能力,提出了一种模糊控制综合优化设计方法.选择模糊控制器的输入/输出观测信号,应用MATLAB中的模糊控制工具箱快速地获得初始的模糊控制规则,再采用微遗传算法优化其隶属函数参数和模糊控制规则,并给出了模糊控制规则优化后的结果.对带有一个静止同步补偿器的四机电力系统,在三种不同的负荷和三种不同的控制方式下进行仿真实验,结果表明:在宽负荷变化范围内,该控制器的追踪控制能力和鲁棒性等比常规的超前滞后控制、未优化模糊控制都优越.     

模糊励磁控制器的研制

设计和实现了一种极坐标型的模糊励磁控制器。该控制器含有一个电压模块，实现自动电压调节器AVR(Automatic Voltage Regulator)的功能；一个阻尼模块，实现电力系统稳定器PSS(Power System Stabilizer)的功能。两者采用相似的极坐标控制规律，共同实现励磁控制。通过仿真和试验优化了模糊励磁控制器的参数。在动模机组系统上进行了电压模块试验；在ABB的同步发电机数字仿真器系统上进行了阻尼模块试验；在10MW机组上进行了电压模块的现场试验。试验结果表明该模糊励磁控制器具有优良的电压调节性能，能明显提高电力系统的稳定性，抑制电力系统低频报荡，对发电机运行工况及系统网络结构变化具有较好的鲁棒性。该控制器还具有物理概念清晰、结构简单、参数整定和调试方便等特点，易于工程技术人员掌握。     

计及功率裕度的FDN模糊下垂控制策略研究

传统下垂控制按照固定下垂系数分配不平衡功率,未能兼顾功率合理分配和直流电压稳定。针对这一问题,提出了一种基于模糊规则的下垂控制策略,该策略根据电压偏差和功率裕度实时优化更新下垂系数,通过在各馈线之间快速、合理地分配不平衡功率维持直流电压稳定,并保证传输功率在换流器功率裕度内。最后,以柔性配电网中的负荷投切和光伏波动为算例,在PSCAD仿真软件中对所提控制策略进行了验证,仿真结果表明所提控制方法能使换流器在功率裕度内快速分配不平衡功率,提高直流电压偏差精度,降低换流器容量过载风险。