可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置的仿真研究

1、學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置的仿真研究 學(xué) 生 姓 名： 學(xué)號： 學(xué) 部 （系）： 機(jī)械與電氣工程學(xué)部 專 業(yè) 年 級： 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè) 指 導(dǎo) 教 師： 職稱或?qū)W位： 年 5 月 25 日目 錄摘要1關(guān)鍵詞1Abstract1Key words2前言31.TCSC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理41.1 TCSC的基本結(jié)構(gòu)41.1.1 TCSC的功能模型41.1.2 TCSC的器件模型41.2 TCSC的工作方式和過程51.3 TCSC數(shù)學(xué)模型81.4 TCSC的特性91.4.1 TCSC裝置的V-I特性曲線91.4.2 TCSC裝置的X-I特性曲線11 2.TCSC的控制系

2、統(tǒng)研究132.1系統(tǒng)層控制系統(tǒng)132.2 中層控制系統(tǒng)132.2.1開環(huán)控制142.2.2閉環(huán)控制142.2.3 PID控制原理152.3基于定阻抗控制的TCSC常軌PID控制系統(tǒng)163.用于TCSC控制系統(tǒng)的CMAC和PID復(fù)合控制策略173.1 CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)173.2 CMAC與PID復(fù)合控制算法203.3 仿真實(shí)例204.系統(tǒng)仿真224.1 TCSC非線性控制系統(tǒng)仿真研究224.2 基于CMAC和PID復(fù)合控制的TCSC控制系統(tǒng)仿真研究25結(jié)束語28參考文獻(xiàn)30致謝31 可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置的仿真研究 摘 要可控串聯(lián)補(bǔ)償(TCSC)通過對晶閘管導(dǎo)通角進(jìn)行精確快速地控制，以實(shí)現(xiàn)對

3、其等值電抗靈活、連續(xù)、平滑地調(diào)節(jié)，因而其為柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)中一種比較成熟和應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)。本文綜述了TCSC的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，分析總結(jié)了TCSC的基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理、工作模式的特點(diǎn)、基頻阻抗特性及工作特性。此外，本文在模糊理論及常規(guī)PID阻抗控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了TCSC模糊PID阻抗控制器。并且，通過加入免疫反饋環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提出了TCSC模糊免疫PID阻抗控制方式。仿真結(jié)果證明，該控制方式在響應(yīng)各種阻抗階躍命令時(shí)，具有更小的超調(diào)、更快的響應(yīng)速度，以及更好的跟蹤性能，可基本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無差控制。最后，對不含TCSC與含有TCSC的單相，以及三相電力系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)地穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)仿真，

4、以研究其對電力系統(tǒng)的影響。此外，將所研究的TCSC阻抗控制方式應(yīng)用到電力系統(tǒng)當(dāng)中，對比分析其在電力系統(tǒng)運(yùn)行中所發(fā)揮的作用。仿真結(jié)果表明，TCSC在增大線路的輸送能力，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，以及阻尼功率振蕩方面，都具有十分重要的作用。此外還可看出，阻抗控制方式的不同對其作用的影響是顯著的。相比于常規(guī)PID與模糊PID控制方式，本文所研究的TCSC模糊免疫PID阻抗控制方式是最具有優(yōu)越性的。關(guān)鍵詞：可控串聯(lián)補(bǔ)償；模式切換；阻抗控制；電力系統(tǒng)；仿真TCSC SimulationAbstractTCSC call adjust its equivalent reactance flexibly ,c

5、ontinuely and smoothly by precisely and fast controlling the thyristor operating angleTCSC is one kind of mature and widely used technology in the FACTSTCSC is helpful in improving the transmission capacity damping power oscillations and increasing the transient stability of ten power systemIn this

6、paper we summarized the development history and recent research advances of TCSCThe basic structure，operational principle，fundamental frequency impedance characteristics and its operating characteristic of TCSC have been analyzed and summed upThe Fuzzy PID impedance controller of TCSC has been desig

7、ned based on the fuzzy theory and PID impedance controllerBesides，the Fuzzy Immune PID impedance control method of TCSC，which has immune feedback element，Was put forwardThe simulation results show that this algorithm has minimum overshoot short respond time and good tracking performance to all kinds

8、 of impetance step functionsAnd it can basically achieve isochronous controlWe analyzed the static and dynamic simulation results of the single-phase and three-phase system with TCSC and without TCSCFrom this we can see how TCSC impacts the load voltage and power flow of the electric power systemAnd

9、 the impedance control mode of TCSC was applied in the electric power system，we compared their effect on system operationThe simulation results show that TCSC plays an important role in increasing the transient stability of the electric power system and damping power oscillationsAnd the impedance co

10、ntrol mode of TCSC will remarkably impact its application performanceCompared to the traditional PID control and fuzzy PID control，the TCSC fuzzy immune PID impedance control elaborated in this paper iS the optimal control methodKey Words：TCSC；Mode-switching；impedance control；Electric power system；S

11、imulation 前 言現(xiàn)階段全球能源危機(jī)嚴(yán)重，在整個(gè)中國電源都以火電為主，這樣就必須消耗大量的煤。電煤的運(yùn)輸給交通、環(huán)保等方面帶來巨大壓力，并且其運(yùn)費(fèi)昂貴。因此，必須對能源進(jìn)行充分利用。為充分利用煤資源，系統(tǒng)經(jīng)常需要長距離大容量地輸送電能。但是由于暫態(tài)穩(wěn)定的約束，在現(xiàn)有網(wǎng)架條件下，電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行常常遇到困難。當(dāng)然，架設(shè)新的、更高電壓等級的輸電線路可以從根本上強(qiáng)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高電網(wǎng)的輸送能力。但是，這顯然需要巨大的建設(shè)投資，并對自然環(huán)境帶來損害。充分挖掘現(xiàn)有電網(wǎng)的潛力，才是更經(jīng)濟(jì)便捷的途徑。因此，在現(xiàn)有的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下，如何提高大容量的電力輸送能力、輸電可靠性和暫態(tài)、動(dòng)態(tài)、電壓等穩(wěn)定水平。

12、一直是我國電網(wǎng)急需解決的重要問題。多年來，電力工作者已達(dá)成共識：提高電網(wǎng)的輸電能力和安全運(yùn)行水平，除電網(wǎng)結(jié)構(gòu)本身要合理外，還必須要先進(jìn)的調(diào)節(jié)控制手段。電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行在很大程度上取決于其“可控度”。柔性交流輸電技術(shù)的出現(xiàn)，為提高力系統(tǒng)的可控性和可靠性提供了新的方法。FACTS技術(shù)改變了傳統(tǒng)輸電系統(tǒng)的概念，將使未來的電力系統(tǒng)發(fā)生重大的變化。FACTS設(shè)備的投入運(yùn)行，系統(tǒng)增強(qiáng)了有力的控制手段。其可用來提高系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定極限，提高其電壓穩(wěn)定性和輸電能力。近年來，伴隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，F(xiàn)ACTS技術(shù)將大量應(yīng)用于我國電力系統(tǒng)，以較小的投入解決電網(wǎng)所面臨的問題，使我國的電力系統(tǒng)成為一個(gè)可

13、實(shí)時(shí)快速控制的柔性電力系統(tǒng)。因此，研究FACTS技術(shù)，將對國家電網(wǎng)更好地建設(shè)和運(yùn)行具有重大意義?？煽卮?lián)補(bǔ)償TCSC是FACTS家族中的重要成員，作為其中的典型控制裝置，在世界各國電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。1. TCSC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.1 TCSC的基本結(jié)構(gòu)1.1.1 TCSC的功能模型在作TCSC的一般研究時(shí)，我們常使用理想的功能模型，即將TCSC作為理想的可變電抗，不考慮TCSC裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)12。通常用一階慣性環(huán)節(jié)模擬TCSC對命令電抗的響應(yīng)過程，如圖1-1所示，圖中T為TCSC電抗響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。圖1-1 TCSC的功能模型1.1.2 TCSC的器件模型 基本的、概念性的TC

14、SC模塊由一個(gè)串聯(lián)電容器C和一個(gè)晶閘管控制的電抗器并聯(lián)組成，如圖1-2所示。而實(shí)際的TCSC模塊還包括通常與串聯(lián)電容器一起安裝的保護(hù)設(shè)備，如圖1-3所示圖1-2 基本模塊圖1-3 實(shí)際模塊一個(gè)金屬氧化物可變電阻器(MOV)，本質(zhì)上是一個(gè)非線性電阻器，跨接在串聯(lián)電容器上，用以防止電容器上發(fā)生高的過電壓。MOV不但能限制電容器上的電壓，而且能使電容器保持接入狀態(tài)，即使在故障情況下也是如此，從而有助于提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。同樣跨接在電容器上的還有斷路器CB，用以控制電容器是否接入線路。另外，在發(fā)生嚴(yán)重故障或者設(shè)備工作不正常時(shí)，CB就將電容器旁路。電路中，還安裝有一個(gè)限流電抗器幻，用以限制電容器旁路操

15、作時(shí)電容器上電流的大小的頻率。如果要求TCSC的晶閘管在“全導(dǎo)通”模式下運(yùn)行較長時(shí)間，就需要在晶閘管上跨接一個(gè)特高速接觸器(UHSC)，以使其上的導(dǎo)通損耗最小。這個(gè)金屬接觸器類似于斷路器，幾乎是無損耗的并能進(jìn)行多次投切操作。它在晶閘管導(dǎo)通后不久閉合；而在晶閘管關(guān)斷前的很短時(shí)間里斷開。在突然過載時(shí)或在故障情況下，金屬接觸器閉合以減輕晶閘管上的壓力。實(shí)際的TCSC系統(tǒng)通常是由很多這樣的TCSC模塊級聯(lián)組成的，同時(shí)還包括一個(gè)固定的串聯(lián)電容器，采用這個(gè)固定串聯(lián)電容器的目的主要是為了使成本最小。由基本TCSC模塊組成的一個(gè)概念性的TCSC系統(tǒng)如圖1-4所示，不同的TCSC模塊中電容器可以具有不同的值，以

16、提供較寬范圍的電抗控制。與反并聯(lián)的晶閘管相串聯(lián)的電抗器被分為兩半，以便在電抗器發(fā)生短路時(shí)起到保護(hù)晶閘管的作用。圖1-4 典型的TCSC系統(tǒng)1.2 TCSC的工作方式和過程 對TCSC功能的理解可以通過分析一個(gè)由固定電容器(c)和可變電抗器(L)相并聯(lián)的電路的行為來獲得，如圖1-5所示。圖1-5 有可變電抗的并聯(lián)LC電路該LC并聯(lián)電路的等效阻抗z二可以表達(dá)為 (1-1) 如果wC-(1wL)>0，則表示固定電容器(C)的電抗值比與之并聯(lián)的可變電抗器(L)的電抗值小，整個(gè)并聯(lián)電路呈現(xiàn)為可變的容性電抗。如果wC-(1wL)=0，會(huì)產(chǎn)生諧振，導(dǎo)致無窮大阻抗。如果wC-(1wL)<0，則表示

17、Lc并聯(lián)電路的等效電感值大于固定電抗器本身的值，這種情況對應(yīng)于TCSC運(yùn)行方式中的感性微調(diào)模式。本質(zhì)上，TCSC有三種運(yùn)行方式18，這些模式如圖1-6所示。(1) 晶閘管閉鎖模式晶閘管閉鎖模式(Thyristor blocked)又稱等待模式。TCSC在投入前必然先運(yùn)行于此模式，所以該模式是TCSC運(yùn)行的最基本模式。此時(shí)電感支路不導(dǎo)通，電流全部流過電容器，TCSC的運(yùn)行特性如同固定串補(bǔ)。(2) 晶閘管旁通模式旁通模式(Thyristor bypassed)的觸發(fā)角a=900，晶閘管全導(dǎo)通，串聯(lián)電容器被旁路，TCSC呈現(xiàn)為一個(gè)小感抗。在系統(tǒng)發(fā)生短路故障期間，TCSC運(yùn)行于旁路模式，利用自身的小感

18、抗特性增大線路阻抗，從而能夠減小故障電流，減少M(fèi)OV所吸收的能量，保護(hù)設(shè)備。(3) 晶閘管部分導(dǎo)通即微調(diào)模式這種模式下。TCSC可以呈現(xiàn)連續(xù)可控的容性電抗，也可以里現(xiàn)為連續(xù)可控的感性電抗，這可以通過在適當(dāng)范圍內(nèi)改變晶閘管的觸發(fā)角來實(shí)現(xiàn)。但是，從容性模式平滑過渡到感性模式是不允許的，因?yàn)閮煞N模式之間存在一個(gè)諧振區(qū)。 容性微調(diào)模式(Capacitive vernier operation)：此時(shí)，在電感支路中產(chǎn)生一電流，它的方向和電容中的電流方向相反，電感支路中的電流和線電流都流經(jīng)電容器，增大了電容器兩端的電壓，相當(dāng)于增大了TCSC的電抗值，此時(shí)TCSC的電抗值呈容性。TCSC的容抗值在其容性最小

19、值和容性最大值之間可調(diào)，其最大值通常是最小值的1.7到3倍，主要取決于線路電流和串補(bǔ)的短時(shí)過載能力等條件，TCSC通紫運(yùn)行于該模式。在暫態(tài)過程中可以提高容抗值來增大補(bǔ)償度，提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性；在動(dòng)態(tài)過程中可以調(diào)節(jié)其容抗值抑制系統(tǒng)振蕩：在穩(wěn)態(tài)過程中，可調(diào)節(jié)容抗值使系統(tǒng)的潮流得以合理分布、降低網(wǎng)損。 感性微調(diào)模式(Inductive verniero peration)：此時(shí)，在TCSC的電感支路和電容支路內(nèi)形成一電流回路，線電流和電容器中的電流共同流經(jīng)電感支路。當(dāng)一套TCSC裝置是由多個(gè)模塊組成時(shí)，感性調(diào)節(jié)模式和容性調(diào)節(jié)模式相配合，可以使整套TCSC裝置獲得較大范圍的連續(xù)可調(diào)特性。 (a) 晶

20、閘管閉鎖模式 （b）晶閘管旁通模式 （c）晶閘管部分導(dǎo)通(容性微調(diào))模式 （d）晶閘管部分導(dǎo)通(感性微調(diào))模式圖1-6 TCSC的不同運(yùn)行模式以上三種基本運(yùn)行方式下TCSC的典型穩(wěn)態(tài)波形如圖1-7和1-8所示。其中為電容器電壓，為流過晶閘管的電流，為線路電流，為流過電容器流。圖1-7 TCSC容性運(yùn)行區(qū)的穩(wěn)態(tài)波形圖1-8 TCSC感性運(yùn)行區(qū)的穩(wěn)態(tài)波形1.3 TCSC數(shù)學(xué)模型TCSC通過調(diào)節(jié)其晶閘管觸發(fā)角，可以快速連續(xù)地調(diào)節(jié)其基頻等效阻抗，現(xiàn)給出其原理結(jié)構(gòu)示意圖，各物理量的參考方向如圖所示，其中線路電流為正弦： (1-2)波形圖如圖1-9所示。圖1-9 TCSC所在線路的電流和電容電壓波形圖1-

21、10 電感電流波形根據(jù)文獻(xiàn)31的分析，我們可以得到在晶閘管導(dǎo)通期間的電感電流為： (1-3)在晶閘管導(dǎo)通期間的電容電壓為： (1-4)在晶閘管關(guān)斷期間的電容電壓為： (1-5) 因此，我們可以將TCSC的電容電壓和電感電流進(jìn)行量化的表示，分別畫它們的波形圖如圖1-10所示?？芍чl管的導(dǎo)通區(qū)間為其中，k=0，1，2，.。同樣的，TCSC的基波電抗可通過理論計(jì)算得 （1-6） 在以上各式中，a為晶閘管的觸發(fā)角， （1-7）由式(1-5)可見，調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角將使串聯(lián)在線路中的電抗Xtcsc發(fā)生變化，從而使得線路的等值阻抗成為一個(gè)可控參數(shù)。由于對晶閘管的控制是由按一定的控制策略事先設(shè)計(jì)的控制器

22、完成的。在其動(dòng)念響應(yīng)特性理想的條件下，可以使輸電線的輸電容量達(dá)到其熱穩(wěn)極限。1.4 TCSC的特性雖然TCSC是基于應(yīng)用的要求而設(shè)計(jì)的，但是對運(yùn)行的限制是由不同的TCSC部件的特性決定的。其中重要的限制值有以下幾個(gè)：(1)電壓限制：運(yùn)行設(shè)備(包括串聯(lián)電容器)上的最大電壓是由設(shè)備的絕緣水平?jīng)Q定的。對電壓的限制可能隨所施加電壓的持續(xù)時(shí)間而改變，對于短的持續(xù)時(shí)間(典型值小于2s)，MOV的過電壓限值比電容器的過電壓限值更關(guān)鍵。(2)電流限制：對晶閘管和固定電容器FC也許需要旎加電流限值以防過熱諧波也會(huì)引起過熱，因此也會(huì)對TCSC的運(yùn)行構(gòu)成約束。(3)晶閘管的觸發(fā)角限制：必須對此進(jìn)行嚴(yán)格限制，以使TC

23、SC不會(huì)冒險(xiǎn)進(jìn)入諧振區(qū)(即使是短時(shí)的)。由于以上的各種限制，TCSC的穩(wěn)定工作必須建立在允許的范圍內(nèi)。而TCSC裝置元件的工作電壓和電流決定于線路電流水平以及觸發(fā)角，而觸發(fā)角的大小也就決定了TCSC運(yùn)行電抗的大小。因此，TCSC裝置的工作能力與運(yùn)行參數(shù)(線路電流和運(yùn)行電抗)之閫存在確定的關(guān)系。正確理解這種關(guān)系，無論是對于裝置參數(shù)的設(shè)計(jì)還是運(yùn)行參數(shù)的確定，以及在系統(tǒng)特性的計(jì)算時(shí)都是非常必要的。通常采用TCSC裝置的V-I曲線或者裝置的X-I曲線來描述TCSC裝置的穩(wěn)態(tài)工作特性1.4.1 TCSC裝置的V-I特性曲線圖1-11出了用電容電壓(V)和線路電流(I)的關(guān)系表示的TCSC工作特性。橫坐標(biāo)

24、為線路電流標(biāo)么值，以TCSC額定工作線路電流(記為Ir，即為TCSC連續(xù)運(yùn)行的最大工作電流)為基準(zhǔn)。縱坐標(biāo)表示電壓的標(biāo)么值，其基準(zhǔn)值為額定線路電流在電容器上產(chǎn)生的電壓降。 圖1-1l TCSC的V-I運(yùn)行特性圖1-11中，容性可控運(yùn)行區(qū)域是一個(gè)三角形區(qū)域。根據(jù)運(yùn)行時(shí)間的不同，有不同的電壓、電流極限，表示實(shí)際裝置的運(yùn)行約束條件。從原點(diǎn)出發(fā)的每一條直線代表一個(gè)常數(shù)電抗值。圖中標(biāo)有“晶閘管全關(guān)斷”的那條直線代表的是TCSC晶閘管支路電流為零時(shí)的容性等值電抗，數(shù)值上等于電容器的標(biāo)稱Xc，。當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)間增加時(shí)，電容器電壓增加，結(jié)果增大了TCSC的等效容性電抗。TCSC的可控容性電抗變化范圍是電容電壓

25、和線路電流的函數(shù)，最大典型值是三倍電容器工頻電抗(3.p.u.)，如圖中標(biāo)有“最大觸發(fā)越前角”的直線所示。TCSC的電壓電流限值限制了其運(yùn)行區(qū)域，TCSC模塊調(diào)節(jié)電抗的能力受裝置所能承受相關(guān)電壓能力的限制。當(dāng)長期連續(xù)運(yùn)行于容性區(qū)域時(shí)，電壓限值由串聯(lián)電容器額定連續(xù)運(yùn)行電壓確定，如式(1-7)所示 (1-7) 式中,Ir是通過TCSC裝置的額定(最大)連續(xù)運(yùn)行線路電流的工頻有效值；X是連續(xù)運(yùn)行電抗，對應(yīng)于額定電流Ir時(shí)允許的最大工頻容性電抗；Vr是TCSC連續(xù)額定運(yùn)行時(shí)的工頻電壓有效值。在有些應(yīng)用場合，特別是對于那些在已有的固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置上進(jìn)行改造的TCSC工程，連續(xù)額定運(yùn)行點(diǎn)可能會(huì)定義為 BL

26、OCK運(yùn)行模式，即有Xr=Xc。然而，實(shí)際上TCSC更多地運(yùn)行于微調(diào)控制模式，這時(shí)Xr不等于Xc，如圖1-11中虛線所示。在圖1-11中，標(biāo)有Vr的水平線就代表串聯(lián)電容器的工作電壓限制條件。TCSC應(yīng)該可以連續(xù)運(yùn)行在由電壓Vr限制的運(yùn)行區(qū)域，即圖中標(biāo)有“I”的運(yùn)行區(qū)域，阻抗可調(diào)節(jié)范圍為1p.u.至3p.u.之間。但是盡管運(yùn)行電抗可以控制在1p.u.和3p.u.之間變化，如果產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)電壓超過了Vr，控制器會(huì)根據(jù)裝置短時(shí)和動(dòng)態(tài)過載時(shí)間限制條件自動(dòng)減小運(yùn)行命令阻抗，直到電容電壓不大于Vr為止。圖1-11中Vt代表TCSC串聯(lián)電容器可以短時(shí)承受的過電壓值，對應(yīng)的水平直線代表相應(yīng)的電壓限制條件，它和命

27、令阻抗的變化范圍共同確定的運(yùn)行區(qū)域(圖中標(biāo)有“”的運(yùn)行區(qū)域)是TCSC短時(shí)過載運(yùn)行區(qū)。圖中，It表示在額定運(yùn)行電抗點(diǎn)時(shí)TCSC可以承受的最大短時(shí)過載電流。TCSC短時(shí)承受過負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)典型值為30分鐘。電容器額定過電壓Vt一般為Vr的1.35至1.5倍。圖1-1l中Vd表示TCSC暫態(tài)過程中TCSC承受過電壓的能力，對應(yīng)的水平線與命令阻抗變化范圍共同確定的運(yùn)行區(qū)域(圖中標(biāo)有“”的運(yùn)行區(qū)域)是TCSC的動(dòng)態(tài)過電壓運(yùn)行區(qū)。圖中Id表示在額定運(yùn)行電抗點(diǎn)時(shí)TCSC可以承受的最大暫態(tài)過載電流。TCSC在暫態(tài)過程中承受過載的典型持續(xù)時(shí)間為10秒鐘。以的典型值為2倍Vr。位于由Vd確定的水平線上的虛線(標(biāo)有

28、Vpl)代表TCSC裝置過電壓保護(hù)水平，對應(yīng)于MOV或者其他保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作電壓值。TCSC在感性區(qū)運(yùn)行的情況如圖1-11縱軸負(fù)方向的多邊形區(qū)域所示。感性運(yùn)行受到最大觸發(fā)延時(shí)角(標(biāo)有“最大觸發(fā)延遲角”的直線)和最大晶閘管電流(標(biāo)有“最大晶閘管電流”的直線)的限制。兩者之間是與諧波熱效應(yīng)(標(biāo)有“諧波熱極限”的直線)有關(guān)的限制，圖中近似為一恒定的電壓限制。這些諧波將會(huì)使晶閘管和電抗器產(chǎn)生熱效應(yīng)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生接近電容器和氧化鋅避雷器的耐受 電壓能力的電壓峰值。出于這種考慮，其影響近似地設(shè)定為定值電壓限制。標(biāo)有“晶閘管旁路”的直線代表晶閘管旁路時(shí)TCSC的等效電抗(感性)，它對應(yīng)于TCSC的最小運(yùn)行感抗。

29、該直線可能向電流軸線方向延伸到很遠(yuǎn)，這是因?yàn)榭赡軙?huì)要求電抗器承受電力系統(tǒng)較大的故障電流。與容性運(yùn)行區(qū)相似，感性運(yùn)行區(qū)也有連續(xù)運(yùn)行短時(shí)過載運(yùn)行以及暫態(tài)過載運(yùn)行三個(gè)區(qū)域，分別如圖中標(biāo)記“I、”所指區(qū)域所示 1.4.2 TCSC裝置的X-I特性曲線圖1-12 TCSC的X-I運(yùn)行特性圖1-12是用運(yùn)行電抗和線路電流之間的關(guān)系來表示的TCSC工作特性，它所表示的信息與圖1-11相似，只是縱坐標(biāo)用電抗代替電壓。連續(xù)容性運(yùn)行區(qū)域如圖中標(biāo)記“I”所指區(qū)域所示。運(yùn)行區(qū)下邊界即為電容器基頻電抗，上限Xm典型值是不超過3p.u.的電抗指令。曲線邊界(實(shí)線所示)表示滿足Vr=IX的每一個(gè)連續(xù)運(yùn)行點(diǎn)(X.I)。左邊的

30、邊界是晶閘管能夠可靠觸發(fā)的最小線路電流。從應(yīng)用的角度出發(fā)，TCSC可以運(yùn)行在容性連續(xù)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的任意一點(diǎn)，以控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)潮流，可以是定阻抗控制模式，也可以是定功率傳輸控制模式。圖1-12給出了擴(kuò)展的短時(shí)運(yùn)行區(qū)域，如圖中標(biāo)記“”所指區(qū)域所示，曲線邊界(點(diǎn)畫線所示)表示滿足以Vt=IX的每一個(gè)連續(xù)運(yùn)行點(diǎn)(X,I)。TCSC可以利用串聯(lián)電容的短時(shí)過流和過壓能力(Vt=1.351.5Vr)，在該區(qū)域短時(shí)運(yùn)行由于具有這種能力，TCSC就可以在電流高于連續(xù)額定運(yùn)行電流時(shí)維持恒定電抗，或者根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況短時(shí)地增大其電抗。在動(dòng)態(tài)過程中(典型持續(xù)時(shí)間小于10秒)，TCSC可以運(yùn)行于圖1-12所示的最大運(yùn)行區(qū)

31、域內(nèi)(如圖中標(biāo)記“”所指區(qū)域)的任何一點(diǎn)，曲線邊界(虛線所示)表示滿足Vd=IX的每一個(gè)連續(xù)運(yùn)行點(diǎn)(X,I)。TCSC的這一運(yùn)行區(qū)域?qū)τ谄渥枘犭娏ο到y(tǒng)功率振蕩非常重要。當(dāng)應(yīng)用穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果確定電力系統(tǒng)對TCSC動(dòng)態(tài)過載能力的要求時(shí)必須注意，有些系統(tǒng)穩(wěn)定分析程序簡單地將TCSC用一個(gè)可變阻抗代表，而沒有考慮到實(shí)際TCSC裝置的最大過電壓與時(shí)間限制的約束條件,這是不全面的。圖1-12中縱軸負(fù)方向的靠近橫軸的水平線表示TCSC在旁通模式運(yùn)行時(shí)所呈現(xiàn)的純感性電抗，下方的水平線代表最大觸發(fā)延遲角時(shí)的感性電抗，曲線邊界分別代表連續(xù)運(yùn)行(實(shí)線)、短時(shí)過載運(yùn)行(點(diǎn)畫線)以及動(dòng)態(tài)過載運(yùn)行(虛線)區(qū)域的邊界。2

32、. TCSC的控制系統(tǒng)研究2.1 系統(tǒng)層控制系統(tǒng)電力系統(tǒng)是一個(gè)典型的復(fù)雜非線性大系統(tǒng)，具有明顯的非線性、巨大的規(guī)模復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、參數(shù)的不確定性以及運(yùn)行方式持續(xù)而頻繁變化等特點(diǎn)，這都使得它難以用精確的數(shù)學(xué)模型和具體的參數(shù)進(jìn)行描述，而TCSC上層控制器的設(shè)計(jì)又要求快速、有效且具有較強(qiáng)的魯棒性。近年來對于此的研究可以分為如下幾類：(1) 線性控制理論實(shí)際應(yīng)用的線性控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上就是要在數(shù)學(xué)模型中，以非線性解析函數(shù)在某一平衡狀態(tài)的全微分代替其增量。由于電力系統(tǒng)的強(qiáng)非線性，這種在一定的運(yùn)行點(diǎn)和運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在此運(yùn)行點(diǎn)附近阻尼搖擺很有效的方法，當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)有較大偏移或系統(tǒng)遭受較大擾動(dòng)時(shí)，很難保證

33、其仍然具有良好的性能，嚴(yán)重時(shí)甚至可能起相反的作用。在TCSC的應(yīng)用方面，線性控制理論主要包括基于頻率相位分析的阻尼控制，線性PID控制，基于特征根分析和極點(diǎn)配置技術(shù)的阻尼控制，線性最優(yōu)控制等。(2) 非線性控制理論由于電力系統(tǒng)固有的非線性特性，隨著非線性控制理論的深入研究，非線性控制在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也得到了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。非線性控制能反映電力系統(tǒng)的非線性特性和不確定性，因而往往具有較好的適應(yīng)性和魯棒性。但是，它們自身也有缺點(diǎn)。例如，其理論比較深?yuàn)W，控制器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，往往需要大量的計(jì)算和獲取遠(yuǎn)方信號，因此使其在實(shí)際工程中的應(yīng)用受到一定的限制。非線性控制方案在電力系統(tǒng)工程中的實(shí)際應(yīng)用必須考慮其可行

34、性。(3) 綜合智能控制理論鑒于傳統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法在某些方面的不足，現(xiàn)在很多研究人員將智能控制引入到TCSC的控制器設(shè)計(jì)中來。這些方法可用于直接設(shè)計(jì)TCSC控制器，也可作為其它設(shè)計(jì)方法的輔助工具，如確定優(yōu)化控制參數(shù)等。相比傳統(tǒng)的線性和非線性理論，它們具有智能性、魯棒性、自適應(yīng)性、容錯(cuò)性等優(yōu)勢。但是不同的智能控制方法，也存在各自的闊題，如復(fù)雜系統(tǒng)的模糊控制，在知識獲取和描述方面有一定的困難；大系統(tǒng)的遺傳算法計(jì)算量十分巨大；神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練比較困難，并且對于超出訓(xùn)練范圍的樣本，其性能也無法保證。因此，在實(shí)際工程中采用智能控制時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體問題選擇適宜的方法。根據(jù)TCSC工程的特點(diǎn)，用于TCSC的控

35、制器應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，輸入量盡量采用本地量，并且具有較強(qiáng)的魯棒性和一定的非線性2.2 中層控制系統(tǒng) TCSC對電力系統(tǒng)控制所具有的潛力是基于TCSC的快速調(diào)節(jié)阻抗能力，而中層控制系統(tǒng)作為TCSC分層控制中承上啟下的環(huán)節(jié)，其優(yōu)劣影響著整個(gè)控制系統(tǒng)響應(yīng)速度與穩(wěn)定性。它接受系統(tǒng)層控制系統(tǒng)得出的命令參數(shù)(如阻抗)，并根據(jù)其控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)的誤差來修正命令參數(shù)或直接修正觸發(fā)延遲時(shí)間，從而使得TCSC可以很好的運(yùn)行在命令參數(shù)下。如果中層控制直接把命令參數(shù)下傳給底層控制，然后由底層控制查表求得令參數(shù)對應(yīng)的觸發(fā)角去觸發(fā)晶閘管，這時(shí)沒有誤差的反饋校正，此種控制的方式為開環(huán)控制。假如基波阻抗和觸發(fā)角的關(guān)系曲線足

36、夠精確的話，那么開環(huán)控制一般也可以實(shí)現(xiàn)控制日的。但是事實(shí)上這個(gè)關(guān)系曲線只能比較接近實(shí)際，而不可能完全相同；再加上實(shí)際工程中諸如測量誤差、晶閘管導(dǎo)通等帶來的一些不確定因素，實(shí)際上開環(huán)控制可能達(dá)不到很高的精度。所以實(shí)際的TCSC工程中大多是通過閉環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)中層控制的調(diào)節(jié)命令。2.2.1 開環(huán)控制 開環(huán)控制是TCSC中層控制的最基本形式，主要用于潮流控制，其控制框圖如圖2-1所示。希望的穩(wěn)態(tài)串聯(lián)補(bǔ)償度或者線路潮流以阻抗的形式被送到控制器，控制器用一個(gè)延時(shí)環(huán)節(jié)來模擬，延時(shí)時(shí)間典型值可以取15ms?？刂破鬏敵鲆粋€(gè)電抗指令信號，底層控制查表求得命令參數(shù)對應(yīng)的觸發(fā)角去觸發(fā)晶閘管，使TCSC獲得希望的電抗。

37、圖2-1 開環(huán)控制2.2.2 閉環(huán)控制 采用閉環(huán)控制能夠加快TCSC響應(yīng)的動(dòng)態(tài)過程以及提高控制的精度，除了有開環(huán)控制的查表過程外，觸發(fā)角還能被由命令參數(shù)和與之相應(yīng)的實(shí)際測量參數(shù)的差值構(gòu)成的反饋量進(jìn)行修正。針對TCSC中層閉環(huán)控制系統(tǒng)而言，研究較多的是以阻抗作為命令參數(shù)，也就是本文所說的定阻抗控制。也有文獻(xiàn)采用不同的控制器輸入信號，如定電流控制，定功率控制等等。(1) 定阻抗控制在定阻抗控制中，希望的TCSC模塊的阻抗被作為TCSC控制器的參考信號，控制器的作用就是使實(shí)際的TCSC模塊的阻抗保持為這個(gè)值。典型的TCSC定阻抗控制器模型如圖2-2所示。圖2-2 定阻抗控制 (2) 定電流控制在定電

38、流控制中，希望的線路電流幅值被作為TCSC控制器的參考信號，而控制器的作用就是使實(shí)際的線路電流保持在這個(gè)值上。典型的TCSC定電流控制器模型如圖2-3所示。圖2-3 定電流控制 (3)定功率控制在定電流控制中，希望的線路有功功率被作為TCSC控制器的參考信號，而控制器的作用就是使實(shí)際的線路有功功率保持在這個(gè)值上。線路功率通過測量得到當(dāng)?shù)仉妷汉碗娏餍盘柦?jīng)過abcap0變換后得到，轉(zhuǎn)化為標(biāo)么值后濾波，送到控制器的相加點(diǎn)。典型的TCSC定功率控制器模型如圖2-4所示。圖2-4 定功率控制本文的TCSC中層控制系統(tǒng)采用定阻抗控制方式，參考阻抗由系統(tǒng)層控制系統(tǒng)非線性控制器計(jì)算得出，很明顯參考阻抗會(huì)隨系統(tǒng)

39、參數(shù)以及運(yùn)行方式的變化面變化。另外，就中層控制系統(tǒng)的控制器而言，由于TCSC的控制阻抗本身的非線性關(guān)系，所以從理論上講，應(yīng)該采用某種非線性控制方法進(jìn)行阻抗控制，才能取得最佳效果。但是從工程實(shí)際應(yīng)用角度來看，大部分非線性控制方法的計(jì)算復(fù)雜，需要的數(shù)據(jù)量大，計(jì)算周期長，不適合在TCSC中層控制系統(tǒng)中使用，目前工程上使用的還是經(jīng)典的線性PID控制。2.2.3 PID控制原理 在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖2-5所示。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成。圖2-5 模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖2.3 基于定阻抗控制的TCSC常規(guī)PID控制系統(tǒng)本文所采

40、用的基于定阻抗控制的TCSC常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖2-6所示，系統(tǒng)層采用非線性控制器，中層控制系統(tǒng)采用常規(guī)PID控制。圖2-6 TCSC常規(guī)PID控制系統(tǒng)如圖，由TCSC系統(tǒng)層控制策略計(jì)算所得的命令阻抗作為基準(zhǔn)值，與實(shí)際測得的TCSC阻抗值比較產(chǎn)生誤差信號作為PID控制器的輸入，其輸出線性化以后產(chǎn)生觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)TCSC，從而實(shí)現(xiàn)TCSC的對整個(gè)補(bǔ)償線路的變阻抗調(diào)節(jié)。一般認(rèn)為PID控制器有較好的魯棒性。但是，已經(jīng)有研究表明，不同的命令阻抗對PID控制效果有較大的影響；當(dāng)阻抗階躍較大時(shí)，動(dòng)態(tài)過程會(huì)加長，不能在短時(shí)間內(nèi)消除誤差，而且觸發(fā)角和命令阻抗之間的非線性關(guān)系是相當(dāng)嚴(yán)重的，而常規(guī)的PID

41、控制是一種線性控制系統(tǒng)，所以它只能在一定的范圍內(nèi)有效，很難有良好的魯棒性。因此有必要對PID控制器進(jìn)行改進(jìn)，使之更好的適應(yīng)TCSC阻抗控制的要求。3. 用于TCSC控制系統(tǒng)的CMAC和PID復(fù)合控制策略PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，其算法簡單，魯捧性和可靠性相對較高，尤其是用于可建立精確模型的確定性控制系統(tǒng)，然而實(shí)際控制系統(tǒng)往往具有非線性，時(shí)變不確定性，所以在應(yīng)用上PID控制器有一定的局限性。近年來智能控制理論的發(fā)展為復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的控制提供了新的途徑，對常規(guī)PID控制方法的改進(jìn)，以及和智能控制相結(jié)合的控制方法，得到了廣泛研究。由于TCSC的阻抗本身的非線性，使得常規(guī)的線性PID控制系

42、統(tǒng)在某些運(yùn)行方式下會(huì)表現(xiàn)出魯棒性差的情況。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能很好地逼近非線性函數(shù)，所以可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用到不確定非線性系統(tǒng)控制當(dāng)中來。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有的智能在于它們能夠?qū)W習(xí)過去的經(jīng)驗(yàn)，并可以局部地存儲(chǔ)新的信息。正是這兩個(gè)重要的因素促使Albus在1975年建立了小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論。CMAC是小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器(Cerebdlar Model Articulation Controller)的簡稱，該算法基于Albus對小腦功能的理解，模擬人腦的操作控制系統(tǒng)，所構(gòu)造的表達(dá)復(fù)雜非線性函數(shù)的表格查詢型自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。它能比一般神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更好的非線性逼近能力，更適合于復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境下的非線性實(shí)時(shí)控

43、制。本章詳細(xì)介紹了CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)，引入了CMAC與PID復(fù)合控制算法，用來對傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)進(jìn)行改迸，通過對一個(gè)典型二階傳遞函數(shù)的仿真分析，證明了CMAC和PID復(fù)合控制方法的優(yōu)勢。3.1 CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)CMAC的基本思想是：在輸入空問中給出一個(gè)狀態(tài)，從存儲(chǔ)單元中找到對應(yīng)于該狀態(tài)的地址，將這些存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容求和得到CMAC的輸出；將此響應(yīng)值與期望輸出值進(jìn)行比較，并根據(jù)學(xué)習(xí)算法修改這些已激活的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)包括輸入層、中間層和輸出層三部分，其算法由兩個(gè)獨(dú)立的映射構(gòu)成。首先，是一個(gè)輸入非線性映射，它將網(wǎng)絡(luò)輸入映射到一個(gè)高維空間，在這個(gè)空間中

44、只有少數(shù)的變量有非零的輸出，這樣就在CMAC網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部產(chǎn)生了輸入映射向量。其次，是輸出層權(quán)值的自適應(yīng)線性映射，由它產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)的輸出。圖3-1描述了CMAC網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)。圖3-1 CMAC模型的基本結(jié)構(gòu)式中，x(t)表示網(wǎng)絡(luò)的n維輸入向量，而輸入映射向量由P維向量a表示 ,該向量稱為基函數(shù)輸出向量，它的各元素均為基函數(shù)的輸出值。y(t)表示網(wǎng)絡(luò)的輸出，它由基函數(shù)的輸出值和相應(yīng)權(quán)值的乘積累加得到。計(jì)算公式如下 (3-1) 式（3-1）中，表示第i個(gè)非零輸出基函數(shù)的地址，c為泛化參數(shù)。當(dāng)泛化參數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基函數(shù)的數(shù)量時(shí)，(3-1)式大大減小了算法的計(jì)算量。理解CMAC算法的關(guān)鍵在于理解初始的非線性映射結(jié)

45、構(gòu)。在CMAC網(wǎng)格的中間層中，基函數(shù)都定義在設(shè)置好的網(wǎng)格上。每個(gè)基函數(shù)都有一個(gè)定義域，處于定義域中的輸入才有非零的基函數(shù)輸出。CMAC算法將這些定義域稀疏但是均勻地分布在網(wǎng)格上，使得任何地網(wǎng)絡(luò)輸入在經(jīng)過非線性映射后，都能位于c個(gè)定義域內(nèi) ,激發(fā)c個(gè)基函數(shù)。這些網(wǎng)格的分布和基函數(shù)的形式?jīng)Q定了網(wǎng)絡(luò)輸入非線性映射的特性。 (1) 輸入空間的劃分除了要定義泛化參數(shù)c以外，還要定義一個(gè)n維的網(wǎng)格基來標(biāo)準(zhǔn)化輸入空問，使得每一個(gè)輸入都落在一個(gè)超立方體單元內(nèi)。 (2) 輸入非線性映射 CMAC網(wǎng)絡(luò)中的局部泛化能力是由初始的輸入非線性映射決定的。由于每一個(gè)基函數(shù)都有一個(gè)定義域，它是一個(gè)容量為的n維超立方體，因此

46、泛化參數(shù)f不僅規(guī)定了影響輸出的基函數(shù)的數(shù)量，還定義了基函數(shù)定義域的大小。當(dāng)且僅當(dāng)輸入位于基函數(shù)的定義域中，基函數(shù)才會(huì)有非零輸出。這些超立方體分布在網(wǎng)格基上，使得每一個(gè)網(wǎng)格都會(huì)被c個(gè)基函數(shù)覆蓋，這樣就可以累加對應(yīng)于c個(gè)基函數(shù)的權(quán)值與基函數(shù)輸出的乘積來得到網(wǎng)絡(luò)輸出。為了保證恰好有c個(gè)定義域覆蓋每個(gè)網(wǎng)格，需要定義c個(gè)覆蓋區(qū)，每個(gè)覆蓋區(qū)由相鄰的且互不重疊的定義域組成。在每一個(gè)覆蓋區(qū)中，只能有一個(gè)定義域覆蓋網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)輸入，這樣就有c個(gè)覆蓋區(qū)中的c個(gè)定義域覆蓋網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)輸入。 為了得到平滑、局部的泛化結(jié)果，覆蓋區(qū)之問是相互偏移的。設(shè)計(jì)CMAC輸入層非線性映射的目的是保證對任意一個(gè)輸入，在中間層只有c個(gè)基

47、函數(shù)的輸出為非零值，并且在輸入沿著某一輸入坐標(biāo)軸平行移動(dòng)一個(gè)超立方體單元后，只有一個(gè)非零輸出的基函數(shù)與原來的不同。而在輸入沿著某一坐標(biāo)軸平移c個(gè)超立方體單元后，已無任何一個(gè)非零輸出的基函數(shù)與原來的相同，這樣就保證了當(dāng)輸入相近時(shí)，輸出也比較近，當(dāng)輸入問的距離較遠(yuǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸出互不相關(guān)。并且輸出層權(quán)值的調(diào)整也是局部的，在每次學(xué)習(xí)過程中只有c個(gè)權(quán)值發(fā)生調(diào)整，對兩個(gè)相近的輸入，只有少量的權(quán)值發(fā)生變化，而不影響大多數(shù)權(quán)值，這樣大大加快了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)速度，減少了學(xué)習(xí)干擾。綜合以上對CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)的分析，可以看出，相比其他神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，CMAC的優(yōu)越性體現(xiàn)在： 它是基于局部學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它把信息存儲(chǔ)在局

48、部結(jié)構(gòu)上，使每次修正的權(quán)很少，在保證函數(shù)非線性逼近性能的前提下，學(xué)習(xí)速度快，適合于實(shí)時(shí)控制。 具有一定的泛化能力，即所謂相近輸入產(chǎn)生相近輸出，不同輸人給出不同輸出。 連續(xù)(模擬)輸入、輸出能力。 尋址編程方式，在利用串行計(jì)算機(jī)仿真時(shí)，它可使回響速度加快。 作為非線性逼近器，它對學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的次序不敏感。由于CMAC具有上述優(yōu)越性能，使它能比一般神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更好的非線性逼近能力，更適合于復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境下的非線性實(shí)時(shí)控制。CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一般設(shè)計(jì)方法分為以下三步：(1) 量化(概念映射)在輸入層對n維輸入空間進(jìn)行劃分，每一個(gè)輸入都降落到n維網(wǎng)絡(luò)基的一個(gè)超立方體單元內(nèi)。中間層由若干個(gè)判斷區(qū)間構(gòu)成，對

49、任意一個(gè)輸入只有少數(shù)幾個(gè)區(qū)間的輸出為非零值。非零值區(qū)間的個(gè)數(shù)為泛化參數(shù)c，它規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部影響網(wǎng)絡(luò)輸出的區(qū)域大小。 (2) 地址映射(實(shí)際映射)采用除余數(shù)法，將輸入樣本映射至概念存儲(chǔ)器的地址，除以一個(gè)數(shù)，得到的余數(shù)作為實(shí)際存儲(chǔ)器的地址值。即將概念存儲(chǔ)器中c個(gè)單元映射至實(shí)際存儲(chǔ)器的c個(gè)地址。(3) CMAC的函數(shù)計(jì)算(CMAC輸出)將輸入映射至實(shí)際存儲(chǔ)器c個(gè)單元，每個(gè)單元中存放著帽應(yīng)的權(quán)值，CMAC的輸出為c個(gè)實(shí)際存儲(chǔ)器單元加權(quán)之和。3.2 CMAC與PID復(fù)合控制算法 CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一開始就被應(yīng)用于機(jī)器人的控制中，目前有多種控制形式，如CMAC直接逆運(yùn)動(dòng)控制，CMAC前饋控制，CMAC反饋控

50、制等。本文采用的是CMAC前饋控制，其結(jié)構(gòu)圖如圖3-2所示，該系統(tǒng)通過CMAC和PID的復(fù)合控制實(shí)現(xiàn)前饋和反饋控制。其特點(diǎn)為：(1) 小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器實(shí)現(xiàn)前饋控制，實(shí)現(xiàn)被控對象的逆動(dòng)態(tài)模型。(2) 常規(guī)控制器實(shí)現(xiàn)反饋控制，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且抑制擾動(dòng)。圖3-2 CMAC與PID復(fù)合控制結(jié)構(gòu)圖 CMAC采用有導(dǎo)師的學(xué)習(xí)算法。每一控制周期結(jié)束時(shí)，計(jì)算出相應(yīng)的CMAC輸出Un(k)，并與總控制輸入U(xiǎn)(K)相比較，修正權(quán)重，進(jìn)入學(xué)習(xí)過程。學(xué)習(xí)的目的是使總控制輸人與CMAC的輸出之差最小。經(jīng)過CMAC學(xué)習(xí)，使系統(tǒng)的總控制輸出由CMAC產(chǎn)生。 (3-2) (3-3)式中,Wi為權(quán)重，ai為二進(jìn)制選擇

51、向量，c為CMAC網(wǎng)絡(luò)的泛化參數(shù)，Un(k)為CMAC產(chǎn)生的輸出，Up(k)為常規(guī)P1D控制器產(chǎn)生的輸出。 每一控制周期結(jié)束時(shí)，CMAC輸出Un(k)與總控制輸出u(k)相比較，修正權(quán)重，進(jìn)入學(xué)習(xí)過程。學(xué)習(xí)的目的是使總控制輸出與CMAC的輸出之差最小，即使系統(tǒng)的總控制輸出主要有CMAC控制器產(chǎn)生。 CMAC的調(diào)整指標(biāo)為 (3-4) (3-5) (3-6) 當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，置w=0，此時(shí)Un=0 U=Up，系統(tǒng)由常規(guī)控制器進(jìn)行控制。通過CMAC的學(xué)習(xí)，使PID控制產(chǎn)生的輸出控制量Up(k)逐漸為零，CMAC產(chǎn)生的輸出控制量Un(k)逐漸逼近控制器總輸出u(k)。3.3 仿真實(shí)例 被控對象采用電

52、機(jī)模型的近似二階傳遞函數(shù)： (3-7) 式中，J=0.0067，B=0.1。PID參數(shù)為=25，=0.1，=l，取輸入信號為正弦疊加信號。其中圖3-3與圖3-4分別給出了系統(tǒng)的輸入()與輸出(y)CMAC控制器(un)，PIE)控制器(up)和總控制器(u)的輸出。圖3-3 正弦疊加信號與輸出圖3-4 各個(gè)控制器輸出CMAC控制算法雖然是由PID控制訓(xùn)練出來的，但并不是PID控制器的簡單復(fù)制。從各個(gè)控制器輸出的示意圖中可以看出，系統(tǒng)運(yùn)行的初始階段主要是常規(guī)PID控制器起作用，經(jīng)過對常規(guī)控制器的輸出不斷學(xué)習(xí)，逐漸由小腦模型的輸出起控制作用。小腦模型的加入使得復(fù)合控制比單獨(dú)的PID控制有很多優(yōu)勢。

53、PID單獨(dú)控制時(shí)，增益Kp。的值在很大程度上決定著控制效果，而采用PID+CMAC控制時(shí)不依賴Kp的值，Kp的值只需要在一個(gè)合理的范圍即可。由于小腦模型的加入，使系統(tǒng)只有很小的超調(diào)量，加快了控制響應(yīng)速度，充分體現(xiàn)了小腦模型的特點(diǎn)，即輸出誤差小、實(shí)時(shí)性好、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。4. 系統(tǒng)仿真在分析和研究電力系統(tǒng)時(shí)，我們必須確切完整地考察實(shí)際電力系統(tǒng)的靜特性和動(dòng)態(tài)特性，并且要有方便、有效的工具來分析實(shí)際電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，然而電力系統(tǒng)的特點(diǎn)決定了在很多場合難以采用試驗(yàn)的方法來實(shí)現(xiàn)，必須采取系統(tǒng)仿真的手段。 電力系統(tǒng)的仿真可分為物理仿真和數(shù)字仿真。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，實(shí)際系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度大大增加，對實(shí)

54、際系統(tǒng)采取物理仿真模擬的方法，受到器件結(jié)構(gòu)、電壓等級等限制，其應(yīng)用在一定程度上受到影響。而伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)已經(jīng)成為我們分析和研究電力系統(tǒng)的重要手段。電力系統(tǒng)數(shù)字仿真具有M：不受原有系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的限制、保證被研究和試驗(yàn)系統(tǒng)的安全性、具有良好的經(jīng)濟(jì)性和便利性、可用于對設(shè)計(jì)未來系統(tǒng)性能的預(yù)測等優(yōu)點(diǎn)。目前應(yīng)用較多電力系統(tǒng)仿真軟件有：加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的HWDommel教授創(chuàng)立的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計(jì)算程序(EMTP)、德國西門子公司開發(fā)的NETOMAC軟件、電力公司開發(fā)的PSSE、Mathworks公司開發(fā)的ATLAB中所包含的SimPowerSystems(SPS)工具箱、電力科學(xué)研究院的電力系統(tǒng)分析綜合程序(PSASP)等其中，SimPowerSystems是在MatlabSimulink環(huán)境下進(jìn)行電力系統(tǒng)建模和仿真的工具。它是Simulink下面的一個(gè)專用模塊集，該模塊集包含電氣網(wǎng)絡(luò)中常見的元器件和設(shè)備，以直觀易用的圖形方式對電力系統(tǒng)進(jìn)行模型描述。其模型可與其它Simul