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基于PID负荷频率控制的电力系统时滞相关鲁棒稳定性分析

汇报人：

2024-01-24

引言

电力系统负荷频率控制基本原理

基于PID负荷频率控制策略优化方法

考虑时滞影响的鲁棒稳定性分析方法

仿真实验与结果分析

总结与展望

contents

目

录

引言

01

负荷频率控制是电力系统稳定运行的关键环节，对于维持系统频率和功率平衡具有重要作用。

随着电力系统规模的不断扩大和复杂性的增加，负荷频率控制面临着更多的挑战和不确定性，如时滞、非线性、参数摄动等。

基于PID控制器的负荷频率控制方法在实际应用中广泛采用，但其鲁棒性和稳定性分析仍是一个重要问题。

国内外学者在负荷频率控制方面开展了大量研究，提出了多种控制方法和策略，如PID控制、鲁棒控制、自适应控制等。

在时滞相关鲁棒稳定性分析方面，已有一些研究成果，但大多针对特定系统或简化模型，对于复杂电力系统的适用性有待进一步提高。

未来发展趋势包括：考虑更多不确定性和复杂性因素，发展更加精细和高效的控制方法和策略；结合现代控制理论和计算机技术，实现负荷频率控制的智能化和自动化。

本文旨在针对基于PID负荷频率控制的电力系统，开展时滞相关鲁棒稳定性分析。首先建立考虑时滞的电力系统模型，然后设计合适的PID控制器，并分析系统的鲁棒稳定性。最后通过仿真实验验证所提方法的有效性和优越性。

研究内容

通过本文的研究，期望能够揭示时滞对基于PID负荷频率控制的电力系统稳定性的影响机理，提出一种有效的时滞相关鲁棒稳定性分析方法，为电力系统的安全稳定运行提供理论支撑和技术支持。同时，本文的研究结果也可为其他类似复杂系统的鲁棒稳定性分析提供借鉴和参考。

研究目标

电力系统负荷频率控制基本原理

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LFC通过调整发电机组的出力，以匹配系统负荷的实时变化，从而维持系统频率的稳定。

在多区域互联电力系统中，LFC还能实现区域间的功率交换和协调控制，提高系统的整体稳定性和经济性。

负荷频率控制（LoadFrequencyControl,LFC）是电力系统中的重要环节，用于维持系统频率在允许范围内，确保电力系统的稳定运行。

比例-积分-微分（PID）控制器是LFC中最常用的控制策略，具有结构简单、易于实现和鲁棒性强等优点。

在传统PID控制器设计中，通常采用试凑法或经验公式来确定控制器参数，难以保证控制性能的最优性。

PID控制器通过调整比例系数、积分时间和微分时间三个参数，实现对系统频率的快速、准确控制。

电力系统中的时滞现象主要由信号传输延迟、控制系统响应延迟等因素引起。

时滞会导致LFC系统的相位滞后和幅值衰减，降低控制器的性能，甚至引发系统不稳定。

在考虑时滞影响的LFC系统设计中，需要采用适当的控制策略和方法来减小时滞对系统性能的不利影响。例如，可以采用Smith预估器、鲁棒控制等方法来提高系统的稳定性和鲁棒性。

基于PID负荷频率控制策略优化方法

03

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经典PID控制策略在处理复杂、非线性、时变系统时，由于参数固定，难以适应系统动态特性的变化，导致控制性能下降。

在存在外部干扰和模型不确定性的情况下，经典PID控制策略缺乏鲁棒性，难以实现稳定的控制效果。

对于具有大时滞特性的电力系统，经典PID控制策略难以有效处理时滞对系统稳定性的影响。

采用鲁棒控制理论，设计具有强鲁棒性的PID控制器，以应对外部干扰和模型不确定性对系统稳定性的影响。

考虑电力系统的时滞特性，结合时滞系统控制理论，设计能够处理时滞影响的先进PID控制策略。

针对经典PID控制策略的局限性，引入自适应、模糊、神经网络等智能控制方法，实现PID参数的在线调整和优化，提高控制性能。

考虑时滞影响的鲁棒稳定性分析方法

04

可以处理具有时变时滞和非线性特性的系统，对于复杂系统的稳定性分析具有较大的优势。

Lyapunov-Krasovskii泛函方法的优点

是一种用于分析时滞系统稳定性的数学工具，通过构造一个正定的能量函数，并求其导数来判断系统的稳定性。

Lyapunov-Krasovskii泛函的定义

根据系统的状态方程和时滞特性，选择合适的Lyapunov-Krasovskii泛函形式，并通过求解泛函的导数来判断系统的稳定性。

构造Lyapunov-Krasovskii泛函的方法

01

频域方法的基本原理：通过将时滞系统转换为频域模型，利用频域分析方法来研究系统的稳定性。主要包括Bode图、Nyquist图和根轨迹图等方法。

02

Bode图在时滞系统稳定性分析中的应用：通过绘制系统的幅频特性和相频特性曲线，可以直观地判断系统的稳定性和稳定裕度。

03

Nyquist图在时滞系统稳定性分析中的应用：通过绘制系统的Nyquist曲线，可以判断系统是否满足Nyquist稳定判据，从而确定系统的稳定性。

04

根轨迹图