电力系统论文提纲,负荷频率控制论文提纲

面向开放通信网络在环电力系统的采样负荷频率控制研究

摘要：清洁低碳、安全高效的能源体系是我国能源发展改革的方向。构建新一代电力系统是实现能源改革的关键步骤。新一代电力系统是物理信息深度融合的智能电力系统,开放通信网络是实现其主要功能的骨架。电力系统负荷频率控制（Load Frequency Control,LFC）将借助开放通信网络收集测量信号和下发控制指令。然而,开放通讯网络的使用,可能使LFC面临通信时滞和带宽限制,以及网络安全等问题。此外,实际的LFC系统是一个采样控制系统,控制信号存在较大的更新周期。因此,面向开放通信网络在环电力系统,本文充分考虑通信网络中可能存在的时滞、通信带宽和网络拒绝服务（Denial-of-Service,Do S）攻击,针对LFC的实际问题,深入探讨了采样LFC系统的控制方案设计。本文的研究内容总结如下:（1）面向理想采样控制网络环境,针对大规模可再生能源并网造成电力系统总体惯量降低的问题,提出了离散和快速的状态反馈型LFC方案。首先,基于采样控制理论,建立了采样LFC模型。其次,基于Lyapunov直接法提出了采样LFC系统的稳定性准则。然后,引入指数衰减率指标指导了具有快速频率响应性能的LFC设计。最后,基于单区域、风电并网传统两区域和风电并网市场化三区域LFC系统进行仿真测试。测试结果验证了所提控制方案能够保证LFC系统在较大控制信号更新周期下稳定运行和提供快速的频率响应。（2）面向存在传输时滞的采样控制网络环境,针对可再生能源并网后电力系统存在的参数不确定性和波动性增强问题,提出了鲁棒比例-积分型LFC方案。首先,基于采样控制理论,建立了考虑传输时滞和采样的比例-积分型LFC模型。其次,在此模型下,基于Lyapunov直接法提出了考虑采样和传输时滞的LFC系统的稳定性准则。然后,提出了参数不确定性和H∞性能评估条件去指导鲁棒的LFC设计。最后,基于单区域和可再生能源并网三区域LFC系统进行仿真测试。测试结果验证了所提控制方案能够保证LFC系统稳定运行和缓解传输时滞、采样和系统参数不确定性以及可再生能源出力波动性的影响。（3）面向存在通信带宽限制的周期采样控制网络环境,针对可能存在的通信负担和计算负担问题,提出面向频率控制性能指标的可调事件触发LFC方案。首先,将事件触发通信策略引入到LFC中,建立了考虑传输时滞和周期采样的事件触发LFC模型。其次,在此模型下,基于Lyapunov直接法提出了考虑传输时滞、周期采样和阈值参数的事件触发LFC系统的稳定性准则。然后,基于此稳定性准则,面向频率控制性能指标,提出了阈值参数动态调节方案去调整事件触发LFC系统的触发条件。最后,基于IEEE 9节点和39节点测试系统进行仿真测试。测试结果验证了所提控制方案能够降低通信负担和计算负担的同时,满足LFC系统频率控制性能指标的要求。（4）面向存在通信带宽限制的非周期采样控制网络环境,针对LFC系统存在的通信负担、计算负担和发电机组损耗问题,提出了基于频率控制性能指标的模糊可调事件触发LFC方案。首先,将模糊控制引入事件触发LFC系统中,建立了基于频率控制性能指标的模糊事件触发LFC系统。其次,基于Lyapunov直接法提出了考虑传输时滞、非周期采样、模糊增益和阈值参数的模糊事件触发LFC系统的稳定性准则。然后,基于稳定准则和曲线拟合方法,提出了基于函数关系式的阈值参数调节方案,用来实时计算并更新事件触发条件。最后,基于单区域LFC系统和IEEE 39节点测试系统进行仿真测试。测试结果验证了所提控制方案能够有效地减少发电机组设备发电损耗,最大程度地降低LFC系统通信负担和计算负担,同时满足LFC系统频率控制性能指标的要求。（5）面向存在Do S攻击的周期采样控制网络环境,针对Do S攻击可能造成的数据包丢失问题,提出了基于切换系统的弹性LFC方案。首先,将Do S攻击持续时间设为切换信号,建立考虑Do S攻击的切换LFC系统模型。其次,提出了考虑Do S攻击持续时间和攻击频率的LFC系统的稳定性准则。然后,在给定的Do S持续攻击时间和最大攻击频率下,设计了具有抵抗Do S攻击的弹性比例-积分型控制器。此外,将双信道通信网络装备于LFC系统,用来提升LFC方案的可靠性和弹性。最后,基于传统三区域和市场化三区域LFC系统进行仿真测试。测试结果验证了所提控制方案能够抵御一定程度的Do S攻击,保证LFC系统稳定运行。在本文研究内容的基础上,从计及可再生能源参与电力系统调频和Do S攻击量化存在保守性两个方面对未来LFC系统的研究做出了展望。 

关键词：电力系统;负荷频率控制;

文章目录

作者简历

摘要

abstract

第一章 绪论

    1.1 研究背景与意义

    1.2 电力系统稳定控制和频率控制基本结构

        1.2.1 电力系统稳定控制

        1.2.2 频率控制基本结构

    1.3 负荷频率控制建模和相关特性

        1.3.1 负荷频率控制建模与状态空间方程的实现

        1.3.2 负荷频率控制的物理约束和控制性能指标

    1.4 通信网络约束

        1.4.1 网络时滞

        1.4.2 数据丢包

        1.4.3 带宽限制

        1.4.4 网络攻击

    1.5 面向开放通信网络在环电力系统的采样LFC研究现状

        1.5.1 考虑采样和网络时滞的LFC研究

        1.5.2 考虑通信带宽限制的LFC研究

        1.5.3 考虑DoS攻击的LFC研究

    1.6 本文研究动机与主要研究内容

        1.6.1 研究动机与主要贡献

        1.6.2 研究内容与章节安排

第二章 考虑采样的离散和快速状态反馈型LFC方案

    2.1 引言

    2.2 基于数据采样控制的状态反馈型LFC系统建模

        2.2.1 基于状态反馈控制律的LFC模型

        2.2.2 基于输入时滞方法的采样LFC模型

    2.3 采样控制下离散和快速LFC方案设计

        2.3.1 采样LFC系统指数稳定性准则

        2.3.2 基于指数衰减率的快速LFC设计方法

        2.3.3 离散和快速LFC设计步骤

    2.4 仿真分析

        2.4.1 单区域LFC系统

        2.4.2 风电并网传统两区域LFC系统

        2.4.3 风电并网市场化三区域LFC系统

    2.5 本章小结

第三章 考虑传输时滞和采样的鲁棒PI型LFC方案

    3.1 引言

    3.2 采样控制下考虑传输时滞的PI型LFC模型

    3.3 面向参数不确定性和扰动的鲁棒LFC设计

        3.3.1 LFC系统稳定性和鲁棒性分析条件

        3.3.2 鲁棒PI型LFC方案设计

    3.4 仿真分析

        3.4.1 单区域LFC系统

        3.4.2 可再生能源并网三区域LFC系统

    3.5 本章小结

第四章 考虑带宽限制和周期采样的事件触发LFC方案

    4.1 引言

    4.2 基于周期采样的事件触发PI型LFC建模

        4.2.1 基于周期采样的事件触发通信策略

        4.2.2 基于周期采样的事件触发LFC模型

    4.3 面向频率控制性能指标的可调事件触发LFC方案

        4.3.1 基于事件触发通信策略的PI型LFC方案

        4.3.2 可调事件触发方案设计

        4.3.3 可调事件触发LFC方案设计

    4.4 仿真分析

        4.4.1 IEEE9节点测试系统

        4.4.2 IEEE39节点测试系统

    4.5 本章小结

第五章 考虑带宽限制和非周期采样的模糊事件触发LFC方案

    5.1 引言

    5.2 基于非周期采样的事件触发LFC建模

        5.2.1 积分型LFC系统的状态空间模型

        5.2.2 基于非周期采样的事件触发LFC模型

    5.3 基于频率控制性能指标的模糊可调事件触发LFC方案

        5.3.1 基于频率控制性能指标的模糊LFC设计

        5.3.2 模糊可调事件触发LFC系统的稳定性条件

        5.3.3 基于模糊增益的可调事件触发阈值参数设计

        5.3.4 模糊可调事件触发LFC方案设计

    5.4 仿真分析

        5.4.1 单区域LFC系统

        5.4.2 IEEE39节点测试系统

    5.5 本章小结

第六章 考虑DoS攻击和周期采样的弹性LFC方案

    6.1 引言

    6.2 DoS攻击下LFC系统建模

        6.2.1 周期采样下DoS攻击模型

        6.2.2 计及DoS攻击的切换LFC模型

    6.3 抵抗DoS攻击的弹性LFC设计

        6.3.1 计及DoS攻击的切换LFC系统稳定性条件

        6.3.2 计及DoS攻击的弹性PI型控制器设计

        6.3.3 DoS攻击下弹性LFC方案设计

    6.4 仿真分析

        6.4.1 遭受DoS攻击的传统三区域LFC系统

        6.4.2 遭受DoS攻击的市场化三区域LFC系统

        6.4.3 保守性和DoS攻击检测周期的讨论

    6.5 本章小结

第七章 总结与展望

    7.1 全文总结

    7.2 工作展望

致谢

参考文献

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