[論文レビュー] Design of Power System Stabilizer using Fuzzy Based Sliding Mode Control Technique

R. Latha, S. Kanthalakshmi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2014

Power System Optimization and Stability参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、故障条件下における電気機械的振動の減衰を向上させるために、二発電機マルチマシン系統に向けた新規なファジィベースのスライディングモード制御（FSMC）同期電力系統安定器（PSS）を提案する。ファジィ論理とスライディングモード制御を統合することで、チタリングを低減し、不確実性および非線形性に対するロバスト性を向上させ、従来のPSS、ファジィPSS、スライディングモードPSSに比べ、摂動下での動的応答および安定性において優れた性能を示す。

ABSTRACT

Power systems are usually large non-linear systems, which are often subjected to low frequency electromechanical oscillations. Power System Stabilizers are often used as effective and economic means for damping the generator's electromechanical oscillations and enhance the overall stability of power systems. Power system stabilizers have been applied for several decades in utilities and they can extend power transfer stability limits by adding modulation signal through excitation control system. Sliding mode control is one of the main methods employed to overcome the uncertainty of the system. This controller can be applied very well in presence of both parameter uncertainties and unknown nonlinear function such as disturbance. To enhance stability and improve dynamic response of the system operating in faulty conditions a Fuzzy based Sliding Mode Control Power System Stabiliser is developed for a multimachine system with two generators and it is compared with the Conventional Power System Stabiliser, Fuzzy based Power System Stabiliser, Sliding Mode based Power System Stabiliser.

研究の動機と目的

• 大規模で非線形な電力系統における低周波数電気機械的振動の課題に対処すること。
• 従来のPSSおよびスライディングモード制御の限界、例えばチタリングや不確実性への感受性を克服すること。
• 故障運転条件下でも動的応答および安定性を向上させるロバストで適応的なPSSを設計すること。
• ファジィ論理とスライディングモード制御を統合し、性能を向上させるとともに制御効率を低減すること。
• 提案されたFSMC-PSSを、二発電機マルチマシン系統において従来のPSSおよび既存の知能的PSS設計と比較して検証すること。

提案手法

• 二発電機マルチマシン系統向けに、ファジィベースのスライディングモード制御（FSMC）PSSを設計する。
• 制御器は、システムの不確実性および摂動に対してロバスト性を確保するスライディングモード制御構造を採用する。
• ファジィ論理を用いて、スライディングモード制御器のスイッチングゲインを適応的に調整し、チタリングを最小限に抑える。
• リャプノフ安定性理論に基づいた制御則を導出することで、閉ループ系の漸近的安定性を保証する。
• FSMC-PSSを励磁制御系に統合し、発電機の励磁電圧を調整する。
• さまざまな故障条件下での時間領域シミュレーションを用いて性能を評価し、従来のPSS、ファジィPSS、スライディングモードPSSと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 提案されたFSMC-PSSは、系統故障下において従来のPSSに比べて、どの程度電気機械的振動の減衰性能を向上させるか？
• RQ2 ファジィ論理の統合により、電力系統安定化におけるスライディングモード制御のチタリングはどの程度低減されるか？
• RQ3 パrameter不確実性および非線形性が存在する状況下で、FSMC-PSSはシステム安定性および動的応答をどのように向上させるか？
• RQ4 異なる故障シナリオ下でのFSMC-PSSと他のPSSタイプとの間で、トランスジェント応答特性にどのような差が生じるか？
• RQ5 提案された制御器は、さまざまな運転条件下でもロバスト性および安定性を維持できるか？

主な発見

• 提案されたFSMC-PSSは、従来のPSS、ファジィPSS、スライディングモードPSSに比べ、電気機械的振動の減衰性能が優れていた。
• ファジィ論理による適応的ゲイン調整のおかげで、制御信号のチタリングが顕著に低減された。
• 三相故障条件下でも、システムの収束時間が短く、ピーク振動振幅が低かった。
• リャプノフに基づく設計により、すべてのテストシナリオで閉ループ系の漸近的安定性が保証された。
• パrameter変動および外部摂動が存在する状況でも、より優れた動的応答およびロバスト性を達成した。
• シミュレーション結果は、改善されたパワー転送安定限界および全体的なシステム性能の向上を確認した。