针对时延和数据包丢失的网络控制系统分析与设计

针对同时存在时延和丢包的网络控制系统建立增广模型,设计预估器估计出存在时延和丢包情况下相应的状态与控制量,对时延和丢包现象进行实时补偿。最后以Truetime为仿真平台建立仿真模型,并与采用上一时刻数据代替丢失数据的补偿方法相比较,从而表明本文的预估器补偿方法能够更有效地改善系统控制效果。     

基于LS-SVM的网络延时单神经元Smith控制

提出了一种Smith预估器和单神经元PID控制器的时变网络时延补偿策略。将网络时延和被控对象作为广义对象,运用最小二乘支持向量机对网络时延进行实时预测,得到广义对象预测模型。先设计Smith预估器,初步实现了网络控制系统的性能改善。然后将Smith预估控制与单神经元PID控制相结合,提出一种基于时延辨识的单神经元Smith控制策略。仿真表明,该策略能有效提高系统性能,对模型失配情况具有较高的鲁棒性和适应性。     

广域闭环控制系统时延的分层预测补偿

电力系统广域闭环控制的反馈信号及控制信号均通过网络传输,控制网络的时延很可能恶化控制效果甚至导致系统不稳定。为此,对广域闭环控制系统依据功能进行分层并分析闭环时延的产生,进而提出一种分层预测补偿方法,该方法将时延补偿与闭环控制系统的实现相结合,使用预测方法为控制策略提供近似的实时数据,使时延的影响与闭环控制策略隔离以保证控制效果。详述该预测方法的特点,并以自回归算法为实例阐述了其实现方法。搭建了RTDS硬件在环测试平台,并分别以实测时延和随机时延进行测试。结果表明,所提出的分层预测补偿方法能有效补偿固定的或随机分布性的闭环时延,减小了时延对控制性能的影响。     

具有时延和丢包的网络控制系统的补偿控制

针对网络控制系统中同时存在时延和丢包的问题建立增广模型,设计了RBF预测控制器.在当前状态量不能被控制器实时得到时,将网络控制系统建模为切换模型,通过预测控制器利用已知的数据预测出当前的状态与控制量,对时延和丢包现象进行实时补偿,保证了系统的稳定性.最后以Truetime工具箱为仿真平台建立仿真模型,通过数值仿真算例验证了该方法的可行性和有效性.     

基于网络时延预估补偿的远程控制系统研究

为了解决随机变化的网络时延对深海集矿机实时远程监控系统性能的影响,采用基于AR模型的自适应均方差算法（LMS）预测时延,并将之用于自适应smith预估补偿控制,以保证系统的稳定性。仿真结果表明,采用时延预测算法和smith补偿控制策略能够显著降低系统的超调量,保证系统的稳定性。     

抗时延抖动的线路纵差保护分组传输通道配置参数影响分析

分组传送网承载电力通信时分复用业务存在随机时延抖动,严重的随机时延抖动会影响线路纵差保护数据的实时性,进而威胁电网安全。在全面分析分组传送网调度机制和时延抖动原理的基础上,建立了分组传送端到端随机时延抖动的数学模型。数值仿真研究了分组封装尺寸、背景流量、网络节点数和节点吞吐量对随机时延抖动的影响。结果表明,合理设置这几个参数可以有效降低随机时延抖动,提升网络性能。研究成果对线路纵差保护数据分组传输通道的配置具有工程参考价值。     

带有网络时延的航空发动机分布式系统H∞鲁棒控制

针对具有网络时延的航空发动机分布式控制系统,提出了一种基于鲁棒H∞理论的控制方法。首先建立航空发动机分布式控制系统（DCS）结构模型,将航空发动机控制系统划分成转速控制系统和压比控制系统两个子系统,并在此基础上分别建立其闭环系统的增广模型：并以转速控制系统为例,采用文献[6]中的网络控制方法,利用线性矩阵不等式理论给出闭环系统H∞控制器的设计方法,设计系统的H∞控制器实现对系统存在网络时延的补偿控制。仿真结果表明该控制方法能够克服时延对转速控制系统的影响,实现对转速设定值的稳定跟踪。     

PTN业务随机时延对差动保护同步性能的影响分析

分组传送网的时分复用业务存在随机时延,这种随机时延会影响差动保护的同步性能。为了定量分析随机时延对同步性能的影响程度,给出了一种端到端的业务随机时延模型,并分析了收发双向不对称时延的分布特征。根据线路纵差保护的时间同步原理,利用时延违背概率描述随机时延对同步性能的影响程度。仿真研究了业务路径节点数量、网络吞吐量和网络带宽等参数对时延违背概率的影响,结果表明,优化这些参数可以降低时延违背概率,提高同步性能;当网络带宽达到10 Gbit ／s,或继电保护最大允许不对称时延为100 μs时,随机时延对继电保护同步的影响可以忽略。     

网络控制系统的自适应预测控制

研究了具有网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统中的自适应预测控制问题.考虑传感器与控制器、控制器与执行器间皆有时延和数据包丢失,充分利用网络传输数据包的容量,提出一种方案,在控制器节点获得被控对象的输入输出数据以在线辨识对象模型参数,并利用辨识模型设计预测控制器,给出了算法的推导过程和时延及数据包丢失的补偿方法.校园...     

基于系统等值的电压控制方法

利用电力网络两母线等值模型进行电压控制方法的研究,通过控制系统等值电势实现系统电压协调控制.基于此构建电压控制问题的模型及控制策略,并给出了电压稳定在线预警及控制系统的结构.该方法在线监视系统电压稳定性并选择较危险的节点,同时能获得各电压源点对危险节点等值电势影响的大小,与电压控制节点剩余控制能力相结合来选择合理的电压...     

基于全局滑模时滞的电力系统混沌振荡控制

电力系统易受扰动影响,在一定扰动条件下会进入混沌状态。通过分岔图和李雅普诺夫指数谱分析了扰动Pe与Pk单独作用与共同作用时对电力系统的影响,当Pe与Pk单独作用时,系统状态均随着扰动的增加由周期态过渡到混沌态,当Pe与Pk共同作用时,系统状态均随着扰动的增加由混沌态过渡到周期态再过渡到混沌态。设计了一种全局滑模时滞控制策略,时滞控制采用延时反馈环节,即误差信号中采用上个采样周期的采样值与此时的采样值来对不确定系统项与扰动项进行估计,但由于延时环节存在时滞误差,导致系统收敛速度较慢且扰动抑制能力较差。为此,将时滞控制与全局滑模控制相结合,并设计具有快速收敛特性的时滞补偿项,提高系统收敛速度与抗扰动能力,并且可以抑制上界未知的外部扰动。仿真结果表明,相较于时滞控制,所设计的全局滑模时滞控制收敛速度更快,超调量更小,在系统遭受周期扰动与阶跃扰动时仍能保证收敛。     

基于事件触发控制的时滞电力系统负荷频率控制

区域电网间存在较高的数据传输,使有限的通信和计算资源变得拥塞。为降低区域电网间的通信负担,提出基于事件触发控制的时滞电力系统负荷频率控制(LFC)方法。针对具有通信延迟的LFC系统,建立基于事件触发控制的时滞LFC动态模型。进而采用多求和不等式,提出具有事件触发控制器的时滞相关LFC系统Lyapunov稳定分析判据;在此基础上,推导了基于事件触发通信和输出反馈的负荷频率控制器协同设计方案,以保证电力系统频率稳定性的同时提高数据传输效率。仿真结果表明,所提方法能够有效减小互联系统频率和联络线功率振荡,保证系统的时滞稳定性并减少网络通信的冗余传输。     

内模网络控制系统稳定性

在网络控制系统中随机延时的存在使系统的性能变差甚至不稳定.本文重点分析内模网络控制系统中存在的延时对系统性能的影响;从连续系统、状态空间的角度出发利用劳斯稳定性判据、李亚普诺夫方法判断系统的稳定性,给出了保持系统稳定的最大允许延时阈值.为了使内模网络控制系统获得良好的性能,在内模网络控制系统中加入延时预测环节,并分析了延时预测对系统稳定性的影响.仿真表明本文提出方法的有效性.     

Traffic scheduling in distributed networked control systems with packet losses and delays for power systems voltage stabilization

In this paper, medium access control (MAC) sublayer data traffic scheduling in distributed networked control systems (DNCSs) with networked induced packet losses and delays is investigated for stabilization and control of system dynamics. An effective‐information‐directed distributed sensor selection algorithm is proposed to select sensors to participate in delay‐tolerant information filtering for state estimation. The distributed scheduling algorithm is based on the total amount of effective information for all measurements stored in the sensors. We consider packet loss in wireless networks as a special type of delay, so the impact of packet losses on effective information amount can also be studied for the formulation of distributed scheduling strategy in the presence of packet losses. The distributed data traffic scheduling considering packet losses and delays is carried out in a networked system with data packet dropout governed by a Markov process for voltage regulation and stabilization with distributed energy resources (DERs). Experimental results demonstrate that the scheduling algorithm with awareness of the system dynamic state can well control the power system dynamics. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于隐式PIGPC的网络控制系统时延补偿方法

网络控制系统的时延会导致系统性能下降,针对该问题提出一种基于隐式PIGPC的时延补偿方法。首先,通过历史时延数据,利用自适应变步长最小均方滤波算法对当前时刻的网络时延进行预测,将预测时延代替实际时延作为时延补偿控制器的参数。然后为改进隐式GPC的时延补偿效果,提出具有PI结构的隐式PIGPC算法。隐式PIGPC不必递推求解Diophantine方程,可节省在线计算时间,并且把PI的反馈结构与GPC的预测功能结合起来,改善了控制器的性能。利用隐式PIGPC设计控制器,结合预测时延完成基于隐式PIGPC的网络时延补偿控制器的设计,并对时延补偿算法的稳定性进行了分析。最后的仿真实验表明隐式PIGPC对网络控制系统时延具有良好的补偿效果,同时具有较少的运算时间。     

三相Vienna整流器无差拍预测直接功率控制策略研究

针对三相Vienna整流器控制系统计算、采样等延时引起的功率误差问题,提出一种两步预测直接功率控制(DPC)算法。基于无差拍控制原理设计内环直接功率控制器,推导两相静止坐标系下控制参考电压矢量公式,并结合二阶拉格朗日差值法估算k+2时刻有功功率给定值,提高功率预测精度。同时为提高电压外环响应速度和稳定精度,构建以直流侧电压平方为反馈量的滑模控制器(SMC)。最后搭建10 kW三相Vienna整流器仿真模型与实验平台对所提算法进行验证。仿真和实验结果表明:无差拍预测直接功率与滑模控制相结合的算法不仅可以有效减小输入侧电流谐波含量及功率脉动,而且可以提高三相Vienna整流器的动态响应速度和抗干扰性能。     

考虑网络传输延迟的二级电压控制

随着电力数据信息网络的发展,为了提高控制系统的灵活性和可靠性,二级电压实时控制系统的控制信息和数据可以逐步发展到在基于TCP/IP的标准数据网络上传输.基于网络传输的闭环控制系统设计必须考虑信息传榆延迟的影响.根据二级电压控制的基本原理,建立了考虑网络传输延迟的二级电压控制模型,设计了基于多步预测和延迟补偿的二级电压控制器,以保证控制系统在网络环境下具有良好的控制性能和稳定性.以新英格兰39节点系统为例进行数字仿真,验证了这种基于网络通信的新型二级电压控制器的性能和效果.     

具有鲁棒容错特性的网络化二级电压控制

根据二级电压控制的原理和网络传输的特点,建立了同时考虑不确定信息延迟、数据包丢失和乱序的网络化二级电压控制NSVC(networked secondary voltage control)模型,运用线性矩阵不等式LMI(linear matrix inequality)方法设计了具有鲁棒容错特性的二级电压控制器,能保证控制系统在网络环境下具有良好的控制性能和稳定性。以经典3机系统为例进行数字仿真,验证了该网络化二级电压控制器的性能和效果。     

计及反馈信号多时滞特性的广域阻尼控制

广域测量系统是由多种通信媒质组成的复杂网络系统。由于不同通信媒质和装置的通信延迟时间各异且具有随机性,闭环电力系统在数学上是一个典型的非线性、多时滞且变时滞的动力系统。文中首先将非线性多时滞的系统模型线性化为线性多时滞的模型,然后分析了线性多时滞系统的稳定时滞域的拓扑性质,最后根据其拓扑性质设计了对时滞的异步变化不敏感的广域阻尼控制器。时域仿真结果表明:对于2区4机系统,当区内通信和区间通信分别具有不同时滞及其随机性的情况下,所设计的控制器仍能有效阻尼区间联络线上的低频振荡。