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分而治之:模块化控制器设计策略使升级电网更加容易
2020年11月10日    阅读量:705    新闻来源:深圳资讯网 szftx.com  |  投稿

东京工业大学(Tokyo Tech)的科学家们开发了一种新颖的方法,用于大规模网络系统的控制器模块化设计。


他们的策略提供了一种完全分散的方法来设计更大整体子系统的控制器,可以很容易地应用于电网中,从而大大简化了依次升级各个细分的任务,同时确保了稳定性和性能。


分而治之:模块化控制器设计策略使升级电网更加容易 深圳资讯网,szftx.com


大型动态网络系统(例如国家电网)的控制是一个极具挑战性的话题涂料在线coatingol.com。在这种情况下,“控制”大致意味着监视相关的输出变量,以确保系统稳定且在安全范围内运行。


在处理复杂的联网系统时,与控制器的设计和实现相关的困难和必要的考虑因素通常会飞速上升,并且不断进行理论研究以寻找新的控制器设计方法。


大型网络系统中出现的一个常见问题是它们是集成的。因此,当开发人员更改或升级一个子系统时,除非对所有子系统采取必要的预防措施,否则他们的“本地”操作会对网络的其余部分产生无法预料的后果。


即使是由本地临时故障引起的远程网络干扰(例如电源子系统中线路的意外接地)也可能使其他子系统无法使用。


因此,在没有必要对所有其他子系统进行更改的情况下,可能无法对一个子系统进行更改。


但是,正如日本东京工业大学的科学家最近的一项研究所证明的那样,存在一种可以避免此类问题的设计范例:模块化。


这个术语意味着在“模块”中工作,主系统的各个细分可以独立地进行分离,更改和重组,理想情况下不会互相影响。


但是,正如他们在IEEE Transactions on Automatic Control上发表的文章中所解释的那样,通过模块的相关控制器来实现模块之间的这种独立性并不容易。


在他们的研究中,科学家开发了一种新颖的方法,用于线性大规模网络系统中子系统控制器的模块化设计,与现有方法相比具有许多优势。


在他们的方法中,子系统的每个开发人员都可以独立设计和实现其控制器,作为对现有系统的补充。为此,他们只需要了解其子系统。基于这样的考虑而设计的分散控制器被称为改造控制器。

 

首先,科学家使用一种称为Youla参数化的技术来正式描述网络系统中通用改造控制器的所有相关参数。


然后,他们为改造控制器设计了一种独特的设计,仅需实施标准技术即可。


他们还从数学上证明,在对整体进行某些合理假设的情况下(例如,在实施所建议的改造控制器之前采用稳定的系统),即使面对其他控制器的变化,使用其控制器也可以保证局部和整体系统的稳定性。


而且,通过数值实验,他们表明在网络中同时实现多个这样独特设计的控制器可以提高整个系统的性能,而增加更多这样的控制器可以带来更大的功率增强。


正如该研究的主要作者石崎隆之副教授所解释的那样:“所提出的模块化设计方法为顺序系统升级提供了新的理论基础,从而使当前系统的稳定性能被其后代所超越。


简而言之,每个设计人员都可以单独添加,删除和修改其控制器,而无需考虑其他设计人员的操作。”


他的团队还通过一个示例性示例展示了他们的方法的实际意义:IEEE标准电源系统模型中的发电机频率调节。


正如Ishizaki总结的那样,设计中模块化的好处是很多的:“模块化设计是一种广泛接受的策略,它简化了复杂大型系统的设计,使多个独立实体可以并行工作,并且可以灵活地对模块进行将来的修改。 ” 


模块化设计的未来发展有望使大规模网络系统的控制更容易控制,并使它们更易于升级。


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