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摘 要：应用模糊推理，为每个发电系统都设计了一种模糊PID控制器，达到控制区域频率偏差的目的。结果表明本文提出的模糊自整定PID的控制方法具有較高的鲁棒性。
关键词：电力系统； PID； 模糊控制； 互联电网；
一、引言
由于传统的互联电网负荷频率的控制的控制要求低，结构相对不太复杂，采用集中式传统的PID控制技术能够满足对其控制性能的要求。但是伴随着经济的发展，互联电网的结构越来越复杂，互联电网负荷频率控制性能的要求也越来越高，传统的PID控制方法已经无法满足对其要求的控制性能。面对互联电网负荷频率控制的重要性需要一种更为先进的控制技术。由于采用改进型的PID控制、神经网络控制、遗传算法等控制技术，实现起来较为复杂，因此较难应用到实践中。本文提出的基于模糊自整定PID控制技术，实现较为容易，不需要被控对象精确的数学模型。并将其应用到多区域互联电网AGC系统中。
二、自动发电控制的基本结构
通过SCADA测得的实时数据，进行分析计算，经由SCADA将对各个电厂的控制命令传送到相应的控制器，从而形成闭环控制。AGC包括以下三环控制：区域计划的跟踪、区域的调节、机组的控制。
图1 AGC结构图
区域计划跟踪配合负荷预测、交换功率计划等实现按计划提供发电的基点功率，调节系统的峰值；区域的调节环调节的是系统区域控制的误差，AGC通过分析计算输出给各个区域的发电机组，通过发电机组调节其输出的功率消除系统区域控制的误差。机组控制环是采用基本控制回路来调节机组控制误差的。各个区域的控制是由控制中心集中控制的。系统根据联络线传输功率、系统频率、机组功率等数据，由计算机统一制定控制方案，输出控制信号。
三、互联电网AGC模型
互联电网可以分解为多个互联的子系统，子系统之间通过联络线连接、联络线为各个子系统提供功率交换。各个子系统包含了发电机和负荷。在分析各个子系统时可以将系统中的多个发电机、多种负荷等效为一个发电机、一种负荷。发电机串联负荷组成了各个子系统。互联电网AGC系统的第i个区域的线性动态模型可以表示为如下的状态空间模型（如式1，2）：
参数的含义：
fi为发电机组输出电压频率偏差
Tp，i为发电机组时间常数
Di为负荷调节系数
Tt，i汽轮机时间常数
Tg，i调速器时间常数
Rf，i发电机组下垂特性系数
Bi区域控制的频率偏差系数
Ti，j区域间联络线功率同步系数
Pm，i汽轮机输出功率变化量
Pv，i调速器的位置增量
Pl，i扰动前后负荷变化量
Pref，i区域负荷参考设定值的变化量
Pi，jtie区域间联络线交换功率偏差
四、AGC系统模糊PID控制器设计
工业控制过程大部采用PID控制技术，传统的PID控制技术控制参数整定较为困难，容易发生震荡、不稳定。并且要求受控系统的有一个确切数学模型。模糊控制理论不需要受控系统具有精确的数学模型。设计了一种基于模糊自整定PID控制器，控制互联电网AGC系统，每个区域都有一个对应的二维模糊PID控制器。该控制器包括了两种PID控制器，一种是PID调节参数控制器、一种是模糊控制器。PID参数调节控制器控制系统、模糊控制器主要负责模糊化、建立模糊控制规则、模糊推理、解模糊化。区域控制偏差 、区域控制偏差变化量率 作为控制系统的输入。PID调节输出的是Kp、Ki、Kd。当系统出现扰动、系统参数偏移时，控制采用模糊控制规则，运用模糊推理，对PID参数Kp、Ki、Kd 在线修正。最终调整输出控制量 ，能够为AGC提供良好的控制效果。
图2 AGC模糊PID控制系统结构图
采用Mandani模糊推理，均值判决法解模糊。AGC系统模糊PID控制器的输入与输出之间的关系式为
五、系统仿真
选取了一个三区域互联电网，该系统包含发电机组、输电线路、负荷等子系统。得到如下参数表
表1 系统参数表
利用仿真软件仿真三区域互联电网AGC系统，系统采样时间是0.01s，并且考虑到发电机发电速率的影响，调整了发电速率的标幺值。建立 出了如下图的三区域互联电网AGC系统动态模型：
图3 三区域互联电网AGC系统动态模型
假设系统在5s时产生了负荷阶跃扰动，采用传统PID和模糊自整定PID控制器分别控制系统，对两种控制方法进行比较。根据仿真结果分析，不论是传统PID控制还是模糊自整定PID控制都能使得系统稳定，都不会存在系统不受控、存在静态误差现象。然而，传统PID控制系统在受到阶跃扰动后，系统震荡较为明显，系统超调较大，调节时间也较长。模糊自整定PID控制器的控制效果就明显优于传统PID控制器，受到阶跃扰动后的震荡得到了较好的抑制，系统的响应时间也明显有了提高。说明采用模糊自整定PID控制系统能使三区域互联电网控制系统的鲁棒性能更优越、有更强的抗干扰能力、控制效果更好。
四、总结
基于模糊自整定了PID 控制系统对干扰有较好的抑制作用，并且系统的响应时间较短，系统控制时超调量也较小。面对互联电网的负荷扰动能够快速响应、抑制。因此基于模糊自整定了PID 控制系统的鲁棒性能优越、稳定性强、可靠性更高。
参考文献
[1]杨菲，刘奭昕，王海霞，方印，李卫东，郑薇. 大型互联电网可用输电能力分解计算法[J]. 电网技术，2014，01：138-145.
[2]郑超，马世英，盛灿辉，罗立波，林俊杰，刘道伟，秦晓辉，薛劲莹，张志强，陈得治. 跨大区互联电网与省级电网大扰动振荡耦合机制[J]. 中国电机工程学报，2014，10：1556-1565.
关键词：电力系统； PID； 模糊控制； 互联电网；
一、引言
由于传统的互联电网负荷频率的控制的控制要求低，结构相对不太复杂，采用集中式传统的PID控制技术能够满足对其控制性能的要求。但是伴随着经济的发展，互联电网的结构越来越复杂，互联电网负荷频率控制性能的要求也越来越高，传统的PID控制方法已经无法满足对其要求的控制性能。面对互联电网负荷频率控制的重要性需要一种更为先进的控制技术。由于采用改进型的PID控制、神经网络控制、遗传算法等控制技术，实现起来较为复杂，因此较难应用到实践中。本文提出的基于模糊自整定PID控制技术，实现较为容易，不需要被控对象精确的数学模型。并将其应用到多区域互联电网AGC系统中。
二、自动发电控制的基本结构
通过SCADA测得的实时数据，进行分析计算，经由SCADA将对各个电厂的控制命令传送到相应的控制器，从而形成闭环控制。AGC包括以下三环控制：区域计划的跟踪、区域的调节、机组的控制。
图1 AGC结构图
区域计划跟踪配合负荷预测、交换功率计划等实现按计划提供发电的基点功率，调节系统的峰值；区域的调节环调节的是系统区域控制的误差，AGC通过分析计算输出给各个区域的发电机组，通过发电机组调节其输出的功率消除系统区域控制的误差。机组控制环是采用基本控制回路来调节机组控制误差的。各个区域的控制是由控制中心集中控制的。系统根据联络线传输功率、系统频率、机组功率等数据，由计算机统一制定控制方案，输出控制信号。
三、互联电网AGC模型
互联电网可以分解为多个互联的子系统，子系统之间通过联络线连接、联络线为各个子系统提供功率交换。各个子系统包含了发电机和负荷。在分析各个子系统时可以将系统中的多个发电机、多种负荷等效为一个发电机、一种负荷。发电机串联负荷组成了各个子系统。互联电网AGC系统的第i个区域的线性动态模型可以表示为如下的状态空间模型（如式1，2）：
参数的含义：
fi为发电机组输出电压频率偏差
Tp，i为发电机组时间常数
Di为负荷调节系数
Tt，i汽轮机时间常数
Tg，i调速器时间常数
Rf，i发电机组下垂特性系数
Bi区域控制的频率偏差系数
Ti，j区域间联络线功率同步系数
Pm，i汽轮机输出功率变化量
Pv，i调速器的位置增量
Pl，i扰动前后负荷变化量
Pref，i区域负荷参考设定值的变化量
Pi，jtie区域间联络线交换功率偏差
四、AGC系统模糊PID控制器设计
工业控制过程大部采用PID控制技术，传统的PID控制技术控制参数整定较为困难，容易发生震荡、不稳定。并且要求受控系统的有一个确切数学模型。模糊控制理论不需要受控系统具有精确的数学模型。设计了一种基于模糊自整定PID控制器，控制互联电网AGC系统，每个区域都有一个对应的二维模糊PID控制器。该控制器包括了两种PID控制器，一种是PID调节参数控制器、一种是模糊控制器。PID参数调节控制器控制系统、模糊控制器主要负责模糊化、建立模糊控制规则、模糊推理、解模糊化。区域控制偏差 、区域控制偏差变化量率 作为控制系统的输入。PID调节输出的是Kp、Ki、Kd。当系统出现扰动、系统参数偏移时，控制采用模糊控制规则，运用模糊推理，对PID参数Kp、Ki、Kd 在线修正。最终调整输出控制量 ，能够为AGC提供良好的控制效果。
图2 AGC模糊PID控制系统结构图
采用Mandani模糊推理，均值判决法解模糊。AGC系统模糊PID控制器的输入与输出之间的关系式为
五、系统仿真
选取了一个三区域互联电网，该系统包含发电机组、输电线路、负荷等子系统。得到如下参数表
表1 系统参数表
利用仿真软件仿真三区域互联电网AGC系统，系统采样时间是0.01s，并且考虑到发电机发电速率的影响，调整了发电速率的标幺值。建立 出了如下图的三区域互联电网AGC系统动态模型：
图3 三区域互联电网AGC系统动态模型
假设系统在5s时产生了负荷阶跃扰动，采用传统PID和模糊自整定PID控制器分别控制系统，对两种控制方法进行比较。根据仿真结果分析，不论是传统PID控制还是模糊自整定PID控制都能使得系统稳定，都不会存在系统不受控、存在静态误差现象。然而，传统PID控制系统在受到阶跃扰动后，系统震荡较为明显，系统超调较大，调节时间也较长。模糊自整定PID控制器的控制效果就明显优于传统PID控制器，受到阶跃扰动后的震荡得到了较好的抑制，系统的响应时间也明显有了提高。说明采用模糊自整定PID控制系统能使三区域互联电网控制系统的鲁棒性能更优越、有更强的抗干扰能力、控制效果更好。
四、总结
基于模糊自整定了PID 控制系统对干扰有较好的抑制作用，并且系统的响应时间较短，系统控制时超调量也较小。面对互联电网的负荷扰动能够快速响应、抑制。因此基于模糊自整定了PID 控制系统的鲁棒性能优越、稳定性强、可靠性更高。
参考文献
[1]杨菲，刘奭昕，王海霞，方印，李卫东，郑薇. 大型互联电网可用输电能力分解计算法[J]. 电网技术，2014，01：138-145.
[2]郑超，马世英，盛灿辉，罗立波，林俊杰，刘道伟，秦晓辉，薛劲莹，张志强，陈得治. 跨大区互联电网与省级电网大扰动振荡耦合机制[J]. 中国电机工程学报，2014，10：1556-1565.