[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出了一种新型基于模糊逻辑的滑模控制（FSMC）电力系统稳定器（PSS），用于双机多机电力系统，以在故障条件下增强机电振荡的阻尼。通过将模糊逻辑与滑模控制相结合，该方法减少了抖振现象，并提高了对不确定性和非线性因素的鲁棒性，在动态响应和扰动下的稳定性方面优于传统PSS、模糊PSS和滑模PSS。

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.

研究动机与目标

• 解决大型非线性电力系统中低频机电振荡的挑战。
• 克服传统PSS和滑模控制的局限性，如抖振现象以及对不确定性的敏感性。
• 设计一种鲁棒且自适应的PSS，以在故障运行条件下提升动态响应和稳定性。
• 将模糊逻辑与滑模控制相结合，以提升性能并降低控制努力。
• 在双机多机系统中，将所提出的FSMC-PSS与传统PSS及现有智能PSS设计进行对比验证。

提出的方法

• 为双发电机多机系统设计了一种基于模糊逻辑的滑模控制（FSMC）电力系统稳定器。
• 控制器采用滑模控制结构，以确保对系统不确定性和扰动的鲁棒性。
• 采用模糊逻辑自适应调节滑模控制器的切换增益，以最小化抖振。
• 基于李雅普诺夫稳定性理论推导控制律，以确保闭环系统的渐近稳定性。
• 将FSMC-PSS集成到励磁控制系统中，以调节发电机的励磁电压。
• 通过在各种故障条件下进行时域仿真评估性能，并与传统PSS、模糊PSS和滑模PSS进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在系统故障条件下，所提出的FSMC-PSS相较于传统PSS在阻尼性能方面有何提升？
• RQ2 模糊逻辑的引入在多大程度上减少了滑模控制在电力系统稳定中的抖振现象？
• RQ3 FSMC-PSS在存在参数不确定性与非线性因素时，如何提升系统稳定性和动态响应？
• RQ4 在不同故障场景下，FSMC-PSS与其他PSS类型相比，其瞬态响应特性有何差异？
• RQ5 所提出的控制器是否能在多种运行条件下保持鲁棒性和稳定性？

主要发现

• 所提出的FSMC-PSS在阻尼机电振荡方面表现优于传统PSS、模糊PSS和滑模PSS。
• 由于通过模糊逻辑实现自适应增益调节，控制信号中的抖振显著减少。
• 在三相短路故障条件下，系统表现出更快的稳定时间和更低的峰值振荡幅度。
• 基于李雅普诺夫的设计确保了在所有测试场景下闭环系统的渐近稳定性。
• 在参数变化和外部扰动存在的情况下，FSMC-PSS实现了更优的动态响应和鲁棒性。
• 仿真结果证实了更高的功率传输稳定极限和整体系统性能的提升。