分布式光伏发电系统的网络控制研究

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在分布式光伏发电系统中,监控系统不仅需要监测系统中光伏逆变器、负载、储能等一次设备的工作状态,还应具备对其进行遥调和遥控等功能。另一方面,鉴于网络控制系统(Net-worked Control Systems,NCS)基于网络通信,能够实时地对数据进行传输,可以实现监控系统对分布式光伏发电过程的集中监视和分散控制。然而,网络中的时延和带宽受限问题,不可避免地影响到通信的质量,给分布式光伏发电系统的精准监控带来困难。本文主要就分布式光伏发电系统中网络控制系统中时延问题展开研究,首先,考虑到上位机通过网络下发指令到下位机的网络延迟和下位机通过网络反馈信号到上位机的网络时延的不同,建立服从Markov切换策略的数学模型,将网络时延的各种极端情况包含其中。并引入事件驱动和输出信号量化机制,建立基于事件驱动的Markov型网络控制系统模型;其次,考虑到网络时延对系统稳定性的影响,基于Lyapunov稳定性理论,研究基于事件驱动和输出信号量化的Markov型网络控制系统的时滞相关稳定性问,提出基于事件驱动Markov型网络闭环系统的时滞相关稳定性判据;在此基础上,考虑扰动对网络控制系统性能的影响,提出满足H_∞扰动抑制水平的输出反馈控制器设计方法,为分布式光伏发电系统中的网络控制提供理论支撑。具体研究内容如下:第一,基于分布式光伏发电系统的监控模块,建立事件驱动和输出量化的Markov型网络控制模型。针对分布式光伏发电系统中信息的传输通过网络与监控模块进行信息交互,考虑到不同通信环节中网络中存在不同的时延,本文首先建立分布式光伏发电系的Markov型网络模型;同时,针对信息通过网络进行传输时遇到的网路资源受限问题,在分布式光伏发电系统的Markov型网络模型的基础上引入事件驱动和信号量化控制器来解决网络资源受限问题,建立事件驱动和输出量化的Markov型网络控制模型。第二,基于事件驱动Markov型网络系统的H_∞性能分析。由于网络时延往往是导致网络系统不稳定或者性能恶化的主要因素之一,本文首先针对事件驱动Markov型网络控制系统的稳定性问题开展研究。通过考虑时滞的存在,使得在Markov切换策略的作用下,不同的模块在切换的很小的时间区域内,系统受两个模态的不同作用,以及网络资源受限问题对于系统稳定性的影响,构造包含时延和Markov切换系统条件转移概率信息的全新Lyapunou-Krasovski函数,并采用广义的Wirtinger’s不等式对Lyapunou-Krasovski函数的弱无穷小算子进行估计,提出事件驱动Markov型网络控制系统的时滞相关稳定性判据;同时考虑到扰动对网络控制系统控制性能的影响,在稳定性分析的基础上,提出具有H_∞性能的时滞相关稳定性判据。第三,基于事件驱动Markov型网络系统的输出反馈H_∞控制器设计方法。针对事件驱Markov型网络控制系统,在基于分布式光伏发电系统网络控系统建模和基于事件驱动Markov型网络控制系统稳定性分析的基础上,把系统的控制器设计问题转化为闭环系统的稳定性问题,基于对系统稳定性的研究成果,提出基于事件驱动的网络控制系统静态输出反馈控制器设计方法。通过将基于非线性矩阵不等式(NLMI)的非凸优化控制器设计问题转化为设定参量,求逼近矩阵的LMI问题,给出事件驱动的网络控制系统控制器的实现形式。
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