关键字 |
| 内模控制(IMC)、负荷频率控制(利物浦),减少model-order(铁道部)、鲁棒性。 |
| 电力系统参数的命名法 |
| ΔPd负载扰动(p.u.MW)。 |
| KP电力系统获得。 |
| TP电力系统时间常数(年代)。 |
| TT涡轮时间常数(年代)。 |
| TG州长时间常数(年代)。 |
| 由于州长R调速行动(Hz / p.u.MW)。 |
| Δf (t)增量频率偏移(Hz)。 |
| ΔPG t增量改变发电机输出(p。u兆瓦) |
| 。ΔXG Incrmental改变调节阀的位置。 |
介绍 |
| 之间的不平衡负载和一代必须在几秒钟内避免频率偏差可能危及电力系统的稳定和安全。控制在大型电力系统频率的问题通过调整机组的生产负载的变化而被称为负荷频率控制(利物浦)。利物浦的目标是提供零稳态误差的频率和联络线交换变化,高阻尼振荡频率和减少过度的干扰,这样系统并不是取得稳定。许多像模糊逻辑控制策略PI和PID控制器[7]和[9],最优控制[3],[5]变结构控制,自适应和自调优控制[6],[8],离散时间滑模控制,和鲁棒控制[10],[11]etchave报告文学中现有的利物浦的解决方案。在电力系统,参数值在州长等各种发电机组,发电机,发电机,等等,根据系统波动和功率流条件变化几乎每一分钟。因此,参数不确定性是一个重要的问题对于控制技术的选择。因此,利物浦是一个健壮的战略要求,负责系统参数的不确定性和干扰抑制。 |
| 摘要IMC控制器设计的相同的方法通过模型降阶(铁道部)[2]是适应twoarea和四个区域电力系统有相同的地区non-reheat涡轮机和而不同的控制器配置和系统受到不同的负载变化即不同情况下的负载变化单一区域,和负载的变化在不同的地区。最初系统频率偏差为零之前任何干扰,一步负载变化是应用于一个地区首例和系统行为是观察到没有任何控制器,之后提出了控制器与只使用频率变化作为输入和观察到的结果与之前的相比,在所有的情况下,观察到负过冲是减少单调,和阻尼振荡也增加。因此,在单独的区域电力系统给出了一个可接受的性能扩展这个工作的想法多即两个和四个区域电力系统在多地区,考察其性能。 |
动机和问题陈述 |
| 为了设计一个鲁棒控制器利物浦的问题,各种控制策略在介绍中提到的部分是有用的。然而,一类强烈定向控制策略已经收到了广泛的电力组件和过程工程研究内模控制(IMC) [12] - [15]。这类控制技术表现出鲁棒性,位平面,减少计算负担,和分析以及容易理解的方法。然而,IMC相比,有一个小边提到的跟踪和干扰抑制技术,参照命令。在文学,据报道,还可以优化系统性能的负载扰动拒绝在不牺牲名义设定点跟踪使用两个学位——自由(TDF) IMC [16] - [17]。 |
| 电力系统而言,一个问题是,国际米兰连接电力系统导致大幅增加系统的顺序和数量的控制器。与电力系统的复杂性不断增加,在发电行业,这些大型系统的降维模型的形成是极其重要的。所以在这种情况下,减少model-order扮演着一个很重要的角色,简化了控制系统的设计和实现。此外,正如模型减少的大小,其计算复杂度,大小和成本降低。在[2],Saxena和优提出了新的IMC战略设计通过模型降阶为单独的区域电力系统(铁道部),以令人满意的方式也可以实现控制目标。这激励我们工作来评估这个基于IMC控制器使用model-order削减方案植物内部模型扩展到多区域电力系统。因此,这种新的控制策略提出了利物浦这是修改IMC的组合滤波器设计和减少model-order设计控制器能够处理植物/模型不匹配和参数不确定性。 |
| 更具体地说,我们的目标是完成以下研究目标:- |
| )降低的顺序单独的区域电力系统在非加热型涡轮机。为简单起见,model-order削减方案Pade[18]和丰富应用近似[19]。这些降阶模型被视为内部imc结构(预测)模型 |
| b)考虑TDF-IMC结构来优化系统的性能负载扰动被拒绝。提出的结构和控制器综合方案是用来证明利用降阶模型的有效性。 |
| c)评估为单独的区域电力系统和扩展两个和四个区域电力系统。 |
IMC理论和模型降阶 |
| IMC结构的示意图表示在图1。结构的特点是一个控制装置组成的反馈控制器Q (S),真正的植物G (S),控制,即植物的预测模型。内部模型GM (S)。内部模型循环使用的区别通用的输出G (s) (s)通常被称为一个错误,这区别代表扰动的影响D (s)和植物/如果存在模型不匹配。IMC控制器设计的两步过程 |
| 1)因素模型 |
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| 这样通用+ (S)是一个非最小相位和通用部分−(S)是一个最小相位 |
| 2)定义了IMC控制器 |
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| F (s)是一个低通滤波器,通常的形式 |
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| 在(3)中,λ是一个调优参数,调整闭环系统的响应速度,同时删除植物/模型通常发生在高频率不匹配,因此负责健壮性,n是一个整数,选择这样问(S)成为适当的/ semi-proper物理实现。 |
二自由度IMC控制器 |
| IMC方案是基于pole-zero取消。它可以实现很好的跟踪能力;然而,应对干扰抑制可能是缓慢的。所以,需要权衡,性能通过牺牲点跟踪负载扰动发生排斥。为了避免这个问题,两个不同的控制器QD (s)和Q1 (s),如图2所示,介绍了基本的IMC结构[4]。现在的工作点响应和扰动响应修改即TDF-IMC IMC结构,可以改善,和每一个在这工作,我们认为TDF-IMC结构如图2所示,和应用开发的设计方案最近刘和高[4]。在图2中,我们可以定义QD (s)作为扰动带阻滤波器(反馈控制器)和Q1 (s)作为一个设定点过滤器。闭环互补灵敏度函数T (s)和乘法误差(s)是衡量植物/模型可以分别定义不匹配 |
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| 和 |
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| 以来有效的IMC过滤器[24]中建议采用基于设计IMC控制器系统的二阶internalmodel,因此F (s),(3)的形式被修改滤波器取代F (s)等 |
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| 因此,很明显,控制器QD (S)(7)表达的不需要沉重的计算负担。因此,控制器的简单性和简单实用的主要优势是实现这个设计方案。在这里,我们只关心抗干扰性问题,即。,effect of D(S) on Y(S) we need not to evaluate set-point Q1(S)filter since R(S) = 0 is assumed. |
| B得订单减少 |
| 由model-order减少我们大致的意思是,大型系统(高阶或完整的订单)小规模来近似系统(低阶或降维),这样原系统的固有行为不恶化。控制的角度而言,减少model-order技术背后的基本概念是保护植物的全阶模型的主导极点而拒绝非惯用波兰人。直到现在,许多模型降阶技术已经开发[18]- [24]。这些方法可以用于输出/ MIMO系统获得低阶模型进一步可以用来设计基于IMC控制器。为例,利用降阶模型,只有两种方法:Pade劳思近似[18],[19]被认为在目前的研究。这些技术的应用,利物浦是V节中阐述。 |
提出了IMC策略 |
| 如前所述,为了应用IMC设计方案完美的模型是必需的。此外,控制器必须能够完全转化模型。然而,在实时应用中,很难得到一个完美的模型。所以,通常这个过程近似为一阶或者二阶+死时间(FOPDT或SOPDT)模型。结果除了延迟方面的传递函数。由于IMC控制器需要逆植物模型,控制器设计导致的延迟反转条件预测行动立于不败,最常的高阶传递函数获得有时会导致无法实现的控制器和成果转化为较慢的反应,和更复杂的计算。因此,有必要减少model-order技术发展的因果,可实现的,低阶processmodels。 |
| 因此,在第三部分的基础上,提出了IMC设计包括以下两个步骤 |
| 1)系统的近似模型使用Pade或劳思近似技术。 |
| 2)评估TDF-IMC控制器QD (s)近似(减少)模型。 |
利物浦为单独的区域电厂 |
| )植物描述 |
| 通常,电力系统大规模系统的复杂非线性动力学[25]。然而,对于相对负载干扰,它们可以在操作点线性化。在这里,一个单独的区域电力系统供电通过单独的发电机被认为是一个服务区。这对利物浦电厂设计由州长Gg年代,non-reheated涡轮Gt年代,负载和机器GP年代,和1 / R下垂特性,一种反馈增益的提高电力系统的阻尼特性。植物的线性模型是图3所示。这些子系统的动力学 |
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| 整个系统模型可以说明了 |
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| 方程(17)清楚地解释说,利物浦是一个干扰排斥(监管机构)问题的目标是评估控制律:u (s) = - K (s)Δf (s) K (s)是基于IMC的补偿器控制电厂G (s)和减少影响Δf (s)在小负载扰动的环境ΔPD [26]。 |
| b . Model-Order减少植物 |
| 很明显从(18),即使是单独的区域电力系统只包含一个发电机,不过,三阶的,因此IMC控制设计显然是高阶全阶模型。所以,我们获得单独的区域电力系统的二阶简化模型使用以下方法。 |
| 1)Pade逼近方法:还原法是基于匹配的泰勒级数展开的一些系数,对s = 0的降阶模型与相应的系数的原始模型。为了减少高阶系统G (s)转化为二阶模型GMR pade (s),我们首先定义GMR pade (s) |
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| 方程(18)可以写成 |
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在哪里 |
| 幂级数的系数G (s)可以表示为G (s) = |
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| 现在,获得二阶模型,减少GMR pade年代(20)中描述的形式,参数ai和bi (i = 0,1)可以通过简化计算 |
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| 2)丰富的近似方法:在这个方法中,获得的降阶模型可以近似丰盛的系数表。考虑二阶简化模型GMR劳思(s) GMR劳思s = P2 (s) / Q2 (s), P2和Q2年代分子和分母,分别。我们第一次报答GMR劳思年代使用关系L ~ s = 1 s L(1)因此,G ~ s的回报模型 |
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| 然后,就是扩大G ~ s |
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| βi i = 1, 2是常数,Fi s (i = 1、2),包含αi条款。接下来,我们需要计算α和β表对应G ~ s,这是显示在表iα和β表的详细研究和评估报告[19]。这些α和β条款给予回报降维分子P ~ 2 s和q ~ s分母为二阶模型 |
| 在用α和β的值(27),我们得到的 |
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| 最后,需要再次得到的降阶模型是往复式(28)的条款,使 |
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模拟研究 |
| 考虑参数的典型值为单独的区域电力系统[1]来表示: |
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| 这是一个三阶欠阻尼系统。因为IMC需要植物模型在其控制结构,因此,在应用方案之前如第四节中所述,考虑到预测模型GM (s)为IMC结构一样最初的完整的订单发电厂,即。,通用(s) = G (s)。各个步骤提供建议的设计方案如下。 |
| 一个。应用Model-Order减少 |
| 使用Pade逼近和丰盛的近似方法,减少二阶模型(31) |
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| 一步反应的原始模型,即。,full-order mode G(s) and reduced order models expressed in (32) and (33), respectively, are shown in Fig. 4. From this figure, it is evident that the response of the original third-order model is almost equal to that of reduced second-order models. Thus, we can say that two models are in good approximation. |
| 应用程序提出了控制器的设计 |
| 以来Pade逼近模型:1)控制器(32)右投手0 s = 15.89,因此为了因式分解(32),)G Pade先生+ (s)可以写成 |
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| WhereG pade−年代先生是最小相位的部分: |
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| 和G pade先生+ (S)是一个非最小相位的部分: |
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| λf = 0.08,使用(12)和(13),表单的TDF-IMC控制器(7)是由Ψ,θ,λf和x 0.0057, 0.1687和3,分别。 |
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| 2)控制器劳思近似模型:评价TDF-IMC控制器当劳思近似减少二阶模型表达(33),没有必要因式分解(33),因为它不包含任何右投手零个或延迟的因素。所以,在这种情况下,G = G先生pade pade−先生现在,λf = 0.2选择和使用(14)和(15),控制器是givenby |
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| Ψ,θ和x 0.1419, 0.5862,和4分别。 |
| 这里我们有应用非周期负载扰动ΔPD (t) = 0.01 t = 2秒,如图3所示。 |
| 绩效评估和比较的言论 |
| 结果的有效性与IMC控制器相比调整PID控制器由温家宝Tan [1]。电力系统的抗干扰性反应名义imc调整pid, Pade和丰盛近似模型见图6。三个反应的比较显示,丰富和Pade逼近模型是有效的模型来获得TDF-IMC控制器和达到更快的频率偏差为零。 |
两个和四个区域电力系统模拟模型 |
一个。两个区域电力系统: |
| 两个区域使用提出了仿真软件模型控制器适应在工作图7所示。假定每个区域只有一个等效发电机和配备了州长-涡轮系统。条款显示在上面的图中称为命名法。 |
| 两个区域电力系统的输出响应与非再热式汽轮机不同配置如下所示图 |
B。FOUR-AREA电力系统 |
| 电力系统变量和复杂特征和组成不同的控制部分和也很多零件是非线性的。这些部分被绑线和彼此连接需要可控性的频率和功率流。互联multiple-area电力系统可以描述使用圆圈。一个简化的四个区域互联电力系统在这项研究中的应用是图1所示。 |
对UNCERTAINITY ROBUSTNES模型参数 |
| 电力系统的扰动响应没有任何控制名义Fig.16所示以及不确定的模型,即干扰产量增加大约50%的名义,和100%,150%为+ 50%和-50%不确定模型,分别与输入扰动。在这种情况下,有必要确认是否相同的控制器可以处理所有这些参数不确定性给您,我们已经考虑50%的添加剂的所有参数的不确定性。 |
| 图17 (a)和(b)显示了干扰抑制和+ 50%和-50%不确定系统的响应。因此,很明显,相同的控制器,表达(37)-(38),为每个模型确实能够处理参数变化,并实现性能优越而提出的控制器在[23]。因此,拟议的计划健壮 |
结论 |
| 在电力行业,是一个持续的需要高效和有效的利物浦技术应对大规模电力系统的复杂性还从结果看,不受控制的情况下,用实线表示有更多的负过冲和振荡,这是减少了应用不同的控制器和配置。。TDF-IMC控制器通过铁道部(使用丰盛和pade appoxiamation)用于单独的区域电力系统的负荷频率控制器,实现对多区域电力系统比较研究表明,系统的性能特征,通过铁道部TDF-IMC方法(提出控制器)比IMC调整PID控制器或不转动的PID控制器和更有效地降低频率偏移瞬变,保持强劲的性能,减少干扰和指定的不确定性的影响,非常有效。 |
未来的范围 |
| 因此未来工作的范围,探讨有效的模型降阶技术实现更好的appoxiamation完整的订单系统和有效的系统的性能。 |
表乍一看 |
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| 表1 |
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数据乍一看 |
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引用 |
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