電力系統(tǒng)模糊穩(wěn)定器的設(shè)計與仿真

摘 要:電力模糊穩(wěn)定器的設(shè)計與仿真是中國電力系統(tǒng)發(fā)展過程中需要重點(diǎn)進(jìn)行研究的方向。它的研究可以幫助我國電力系統(tǒng)在穩(wěn)定性和安全性方面得到提高，是我國的電力系統(tǒng)建設(shè)走上一個新的發(fā)展臺階。

隨著現(xiàn)在電力系統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)展，快速勵磁系統(tǒng)也被廣泛的應(yīng)用，然而系統(tǒng)阻尼的不斷降低也使得電網(wǎng)中阻尼出現(xiàn)負(fù)阻尼或者弱阻尼低頻震蕩，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全帶來了隱患。目前基于模糊控制的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器因其良好的魯棒性，適應(yīng)性被應(yīng)用于電力系統(tǒng)，重要性也日益受到關(guān)注。而計算機(jī)仿真也仿真模糊系統(tǒng)提供了很大的便利，成為了模糊控制系統(tǒng)的重要手段。

1簡單電力系統(tǒng)分析

負(fù)阻尼是電力系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)震蕩或增幅低頻震蕩的基本原因，由于抵消了系統(tǒng)中的正直阻尼，使得整個電力系統(tǒng)中的阻尼值很小或者成為負(fù)值。由于電力系統(tǒng)是一個非線性的系統(tǒng)，所以可以應(yīng)用簡化的單機(jī)無窮大模型對低頻震蕩進(jìn)行分析研究，不但能夠清楚的明晰各項(xiàng)有關(guān)參數(shù)的關(guān)系，還可以用PSS對電力系統(tǒng)阻尼進(jìn)行改進(jìn)，提高真?zhèn)€電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。引入了PSS的單機(jī)無窮大系統(tǒng)模型圖為:通過這個模型用小干擾下的為震蕩方法就可以列出一個全系統(tǒng)性化微分方程組，得到需要的結(jié)果。

2模糊電力穩(wěn)定器的設(shè)計

最能夠代表電力系統(tǒng)動態(tài)性性能的是發(fā)電機(jī)瞬時速度偏差和加速度偏差，因此這兩個偏差數(shù)據(jù)就被作為模糊電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸入信號，F(xiàn)PSS輸出的正負(fù)和幅值大小就由這個輸入信號進(jìn)行確定。

2.1 設(shè)計步驟

基于電力系統(tǒng)的特性和模糊控制器的一般設(shè)計步驟，可以得出模糊電力穩(wěn)定器的一般設(shè)計步驟:(1)確定輸入信號和輸出信號，輸入的信號和輸出的信號要能代表系統(tǒng)性能的模糊穩(wěn)定器，同時要確定各自領(lǐng)域理論范圍。(2)對各種信號的語言變量值進(jìn)行確定，通過輸入和輸出的模糊量得出一個對應(yīng)的語言變量的模糊集合。(3)確定控制模糊規(guī)則，模糊規(guī)則的確定是通過運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定的，確定了這個規(guī)則之后還需要根據(jù)以這個規(guī)則為前提，推理出輸出模糊量。(4)對反模糊化方法進(jìn)行確定，進(jìn)行模糊化判決，通過模糊化判決得出精確量的輸出。

2.2 模糊穩(wěn)定器采用的推理方法:基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則表

由于電力系統(tǒng)是復(fù)雜的高階系統(tǒng)，研究分析起來非常麻煩，為了便于講述，本文選取了一種基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則表的模糊推理方法。

我們要在很短的時間內(nèi)設(shè)計出需要的模糊穩(wěn)定器可以通過使用Matlab模糊邏輯控制工具箱實(shí)現(xiàn)。要使用這個工具箱只要通過Matlab的命令窗口輸入“fuzzy”就可以進(jìn)入了。這個工具箱是由模糊推理系統(tǒng)編輯器，規(guī)則編輯器，規(guī)則觀察器，錄屬度函數(shù)編輯器和曲面觀察器工具組成的，這些工具是動態(tài)鏈接的，這些工具中的任意一個對編輯和觀察模糊推理系統(tǒng)的修改都可以在其他的已經(jīng)打開的工具中顯示出來。

模糊推理編輯器用于設(shè)計和顯示模糊推理系統(tǒng)的基本組成部分和參數(shù)，輸入輸出變量個數(shù)和名稱，推理出類型和模糊解析方法。雙擊輸入輸出的圖標(biāo)既可以進(jìn)入隸屬函數(shù)編輯器，雙擊輸出框可以確定輸出U的論域范圍及語言變量值。雙擊模糊規(guī)則框進(jìn)入規(guī)則編輯器，使用編輯器。通過使用各種編輯器，可以觀察各種規(guī)則在工作時的作用情況，使得可以對不合理的控制規(guī)則進(jìn)行修改。而通過使用控制曲面觀察控制器的輸入輸出關(guān)系，把不靈敏點(diǎn)和不光滑點(diǎn)找出來，進(jìn)而調(diào)整模糊集合和隸屬函數(shù)形狀。

3模糊穩(wěn)定器的計算機(jī)仿真

電力系統(tǒng)的復(fù)雜程度不可能使得人在小篇幅內(nèi)對各種仿真系統(tǒng)進(jìn)行詳盡的描述。因此本文的計算機(jī)仿真系統(tǒng)是由單機(jī)無窮大系統(tǒng)、勵磁調(diào)節(jié)器和PSS三個部分組成。仿真系統(tǒng)是需要試驗(yàn)的，在建立了仿真系統(tǒng)之后，就需要進(jìn)行仿真試驗(yàn)了。試驗(yàn)的內(nèi)容有小擾動仿真試驗(yàn)，三相短路仿真試驗(yàn)兩種。小擾動仿真模型中PSS的參數(shù)設(shè)置分別以機(jī)端電壓為階躍函數(shù)進(jìn)行輸入，不加及附加PSS的仿真試驗(yàn)。三相短路仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪峭ㄟ^對t的分析，對系統(tǒng)升壓變壓器線段進(jìn)行分析來觀察系統(tǒng)的響應(yīng)情況，三相短路的故障，系統(tǒng)不增加PSS系統(tǒng)時，系統(tǒng)振蕩的周期會比較多，增加了PSS系統(tǒng)時，振蕩約會比沒有增加前周期減少一倍，振蕩的時間比原系統(tǒng)短，幅度也比原來系統(tǒng)小。

4結(jié)語

電力系統(tǒng)在采用勵磁調(diào)節(jié)器時，同時附加電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的勵磁控制方案，可以有效的增強(qiáng)電力系統(tǒng)的阻尼，使得低頻振蕩的現(xiàn)象獲得應(yīng)有的控制，對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的提高可以起到重要的正面影響。國際學(xué)術(shù)界對于Matlab具有很高的準(zhǔn)確性，科學(xué)性，許多單位都對其進(jìn)行了研究，在電力系統(tǒng)的模糊穩(wěn)定器的設(shè)計和仿真中也已體現(xiàn)出了其優(yōu)越性。

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