[论文解读] Optimal Design of Fuzzy Based Power System Stabilizer Self Tuned by Robust Search Algorithm

M. Mary Linda, N. Kesavan Nair|ArXiv.org|Dec 20, 2009

Advanced Algorithms and Applications参考文献 2被引用 8

一句话总结

本文提出了一种基于自调谐模糊逻辑的电力系统稳定器（PSS），通过一种鲁棒搜索算法进行优化，以增强电力系统中低频振荡的阻尼效果。通过使用一种新颖的优化技术调节隶属函数，该方法在单机无穷大系统（SMIB）中实现了在多种运行工况下的稳定性提升，相较于传统PSS设计展现出更优的鲁棒性和有效性。

ABSTRACT

In the interconnected power system network, instability problems are caused mainly by the low frequency oscillations of 0.2 to 2.5 Hz. The supplementary control signal in addition with AVR and high gain excitation systems are provided by means of Power System Stabilizer (PSS). Conventional power system stabilizers provide effective damping only on a particular operating point. But fuzzy based PSS provides good damping for a wide range of operating points. The bottlenecks faced in designing a fuzzy logic controller can be minimized by using appropriate optimization techniques like Genetic Algorithm, Particle Swam Optimization, Ant Colony Optimization etc.In this paper the membership functions of FLC are optimized by the new breed optimization technique called Genetic Algorithm. This design methodology is implemented on a Single Machine Infinite Bus (SMIB) system. Simulation results on SMIB show the effectiveness and robustness of the proposed PSS over a wide range of operating conditions and system configurations.

研究动机与目标

• 解决传统PSS在应对宽范围运行工况时的局限性。
• 通过有效优化隶属函数，克服模糊逻辑控制器设计中的瓶颈问题。
• 开发一种自调谐模糊PSS，确保在不同系统配置和负载条件下均保持鲁棒性能。
• 在单机无穷大系统（SMIB）上验证所提方法的实用性。

提出的方法

• 采用一种新颖的元启发式技术——鲁棒搜索算法，对模糊逻辑控制器（FLC）的隶属函数进行优化。
• 优化过程旨在最小化与系统阻尼和暂态响应相关的性能指标。
• 所提出的PSS与自动电压调节器（AVR）及高增益励磁系统集成于SMIB结构中。
• 鲁棒搜索算法迭代调整FLC参数，以实现最优阻尼特性。
• 在多个运行点进行仿真，以评估其鲁棒性。
• 从动态响应和振荡抑制角度，将该方法与传统PSS及其他基于优化的方法进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 与传统PSS相比，基于优化隶属函数的自调谐模糊PSS是否能在广泛运行工况下提供更优的阻尼效果？
• RQ2 鲁棒搜索算法在优化FLC参数以实现最优电力系统稳定性方面效果如何？
• RQ3 在SMIB系统中，所提出的PSS在不同系统配置和负载条件下是否仍能保持性能？
• RQ4 与标准PSS设计相比，阻尼比和暂态响应的改善程度如何？

主要发现

• 基于鲁棒搜索算法调优的模糊PSS显著提升了0.2–2.5 Hz范围内联络振荡的阻尼效果。
• SMIB系统上的仿真结果证实了其在多个运行点和系统配置下的增强鲁棒性。
• 优化后的FLC在扰动下表现出更快的调节时间和更小的超调量。
• 在动态性能和稳定裕度方面，该方法优于传统PSS及其他基于优化的方法。
• 鲁棒搜索算法有效调优了隶属函数，使系统在多种工况下均保持一致的性能表现。
• 本研究验证了所提出的自调谐模糊PSS在实际电力系统应用中的可行性和有效性。