计及电力信息物理系统中通信随机长时延的孤岛微电网频率控制器设计

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通信技术和计算机技术的飞速发展,为微电网的智能化提供了关键技术,微电网作为高效、灵活的能量利用方式,是解决大电网不能触及地区的供电最佳解决方案。随着微电网的不断发展,考虑到新能源出力的随机性与间歇性以及负荷的波动,需要对其进行全局的实时监控,这就需要引入通信网络传输底层向上的采集数据和控制器向下下发的控制指令。微电网逐渐发展成为连续时间电力系统和离散时间信息系统紧耦合的网络控制系统(Network Control System,NCS),是典型的电力信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)。已有NCS研究表明,通信网络中网络延时的出现,使原本已标定的物理系统性能衰退,严重时会使系统失稳。针对以上提出的问题,考虑到微电网的发展,本文开展基于无线通信随机长时延的孤岛微电网频率控制器设计研究。首先本文介绍了微电网通信的特殊性,并对微电网中的通信时延展开讨论,然后利用排队理论,建立了考虑通信网络负载变化的级联时延模型;其次,考虑到电力系统本身固有的连续时间特性,建立了连续时间下的微电网频率控制模型,然后考虑到信息系统的离散时间特性,为避免连续系统中采样周期对控制性能的影响,建立了离散时间下考虑通信时延的时滞微电网频率控制模型,在该模型中还计及了新能源和负荷波动等不确定性因素的影响;最后,根据随机最优控制理论中的线性二次高斯控制方法设计了控制器以减小通信时延对为电网频率稳定性的影响。最后,本文在仿真实验部分首先验证了通信时延对微电网频率稳定性的影响,阐明了考虑时延影响的重要性。其次,本文对固定时延场景下采用不同控制器的微电网频率响应进行了仿真;然后本文对有网络负载变化造成的随机时延场景进行了仿真;最后仿真了不同网络规模和不同结构的微电网频率响。结果表明,本文提出的时延模型和控制器设计方法能够有效减小随机大小通信时延对频率稳定性的影响,减小微电网频率动态过程的最大偏差和调节时间,提升其的动态性能。
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