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分而治之:模塊化控制器設計策略使升級電網更加容易
2020年11月10日    閱讀量:14102    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

東京工業大學(Tokyo Tech)的科學家們開發了一種新穎的方法,用于大規模網絡系統的控制器模塊化設計。


他們的策略提供了一種完全分散的方法來設計更大整體子系統的控制器,可以很容易地應用于電網中,從而大大簡化了依次升級各個細分的任務,同時確保了穩定性和性能。


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大型動態網絡系統(例如國家電網)的控制是一個極具挑戰性的話題中國建材網cnprofit.com。在這種情況下,“控制”大致意味著監視相關的輸出變量,以確保系統穩定且在安全范圍內運行。


在處理復雜的聯網系統時,與控制器的設計和實現相關的困難和必要的考慮因素通常會飛速上升,并且不斷進行理論研究以尋找新的控制器設計方法。


大型網絡系統中出現的一個常見問題是它們是集成的。因此,當開發人員更改或升級一個子系統時,除非對所有子系統采取必要的預防措施,否則他們的“本地”操作會對網絡的其余部分產生無法預料的后果。


即使是由本地臨時故障引起的遠程網絡干擾(例如電源子系統中線路的意外接地)也可能使其他子系統無法使用。


因此,在沒有必要對所有其他子系統進行更改的情況下,可能無法對一個子系統進行更改。


但是,正如日本東京工業大學的科學家最近的一項研究所證明的那樣,存在一種可以避免此類問題的設計范例:模塊化。


這個術語意味著在“模塊”中工作,主系統的各個細分可以獨立地進行分離,更改和重組,理想情況下不會互相影響。


但是,正如他們在IEEE Transactions on Automatic Control上發表的文章中所解釋的那樣,通過模塊的相關控制器來實現模塊之間的這種獨立性并不容易。


在他們的研究中,科學家開發了一種新穎的方法,用于線性大規模網絡系統中子系統控制器的模塊化設計,與現有方法相比具有許多優勢。


在他們的方法中,子系統的每個開發人員都可以獨立設計和實現其控制器,作為對現有系統的補充。為此,他們只需要了解其子系統?;谶@樣的考慮而設計的分散控制器被稱為改造控制器。

 

首先,科學家使用一種稱為Youla參數化的技術來正式描述網絡系統中通用改造控制器的所有相關參數。


然后,他們為改造控制器設計了一種獨特的設計,僅需實施標準技術即可。


他們還從數學上證明,在對整體進行某些合理假設的情況下(例如,在實施所建議的改造控制器之前采用穩定的系統),即使面對其他控制器的變化,使用其控制器也可以保證局部和整體系統的穩定性。


而且,通過數值實驗,他們表明在網絡中同時實現多個這樣獨特設計的控制器可以提高整個系統的性能,而增加更多這樣的控制器可以帶來更大的功率增強。


正如該研究的主要作者石崎隆之副教授所解釋的那樣:“所提出的模塊化設計方法為順序系統升級提供了新的理論基礎,從而使當前系統的穩定性能被其后代所超越。


簡而言之,每個設計人員都可以單獨添加,刪除和修改其控制器,而無需考慮其他設計人員的操作?!?/p>


他的團隊還通過一個示例性示例展示了他們的方法的實際意義:IEEE標準電源系統模型中的發電機頻率調節。


正如Ishizaki總結的那樣,設計中模塊化的好處是很多的:“模塊化設計是一種廣泛接受的策略,它簡化了復雜大型系統的設計,使多個獨立實體可以并行工作,并且可以靈活地對模塊進行將來的修改。 ” 


模塊化設計的未來發展有望使大規模網絡系統的控制更容易控制,并使它們更易于升級。


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