基于MATLAB的电力系统模糊稳定器设计与仿真

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于MATLAB的电力系统模糊稳定器设计与仿真范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要 本文采用模糊控制理论在matlab模糊工具箱下设计了典型的模糊控制器。并用MATLAB软件在SIMULINK中构造单机无穷大系统，通过设置有功功率变化，发生各种电气短路故障，比较无稳定器的电力系统，传统电力系统稳定器，Mamdani型模糊稳定器的电力系统中励磁电压响应曲线，转速偏差响应曲线，有功功率响应曲线，功角偏差响应曲线。四种响应曲线充分说明模糊控制的优越性和智能型，模糊性电力系统稳定器具有较好的动态性能，更能满足电力系统稳定运行的要求。四种响应曲线的效果最后通过MATLAB的图形界面工具GUI的设计表现的淋漓尽致，体现了MATLAB人机交互的友好性，操作的便利性。

关键词 模糊控制；MATLAB；电力系统稳定器

中图分类号TP13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）88-0235-02

0 引言

本文从改善电力系统稳定性的角度出发，将模糊控制理论应用于电力系统发电机励磁设备附件（PSS）控制上，建立用于研究低频振荡的电力系统模型；分析PSS抑制电力系统低频振荡的原理；将模糊控制理论应用于电力系统稳定器设计，设计了典型的模糊性电力系统稳定器Mamdani型模糊稳定器；应用MATLAB软件建立单机无穷大系统，对于设计的模糊性电力系统稳定器进行计算机仿真，检验其在不同运行方式下的控制效果；应用MATLAB软件搭建GUI界面，更加充分展示模糊控制的电力系统稳定器的控制效果。

1 电力系统动态分析模型及PSS作用机理

ke和kec构成“量化因子”模块；ku是“比例因子”模块。这两个模块对模糊控制器输入、输出的清晰值信号具有比例缩放作用，是模糊控制器的输入、输出接口，它们除了使其前后模块匹配外，还有改善模糊控制器某些性能的作用。

“模糊控制器核心”框内的D/F模块完成清晰量转换成模糊量的运算、完成根据输入模糊量A*进行近似推理运算，得出模糊量U，F/D模块完成把模糊量U转换成清晰量的运算。

3 模糊电力系统稳定器（FPSS）的MATLAB实现及仿真

3.1 MATLAB下传统模糊稳定器CPSS的实现与仿真

从MATLAB的Simulink模块和PSB模块拖入发电机模型、励磁系统模型、发电机测量模型、变压器模型、负载模型、线路故障模型，无穷大电源模型，增益模型，示波器模型，常数模型，阶跃模型。搭建好单机无穷大系统并设置好相关参数并初始化后，只需从MATLAB PSB中拖入自带的PSS即本文称为CPSS，参数使用默认值，CPSS的输入信号使用发电机转速偏差，输出信号接入励磁系统的Vstab。

仿真一为发电机输入有功功率增大控制效果仿真，此时线路故障设置为无，通过使用阶跃模块在发电机正常运行1s后，使输入的有功功率增加25%，观察发电机的励磁电压，转速偏差，有功功率，功角情况；仿真二为线路在2s时发生三相短路，0.2s后故障切除，观察发电机的励磁电压，转速偏差，有功功率，功角情况。

安装电力系统稳定器（PSS）的单机无穷大系统，无论是在发电机有功功率增加或者线路发生三相短路时，PSS都能够提高系统的动态响应性能，使系统尽早恢复稳定，仿真其他情况与此类似，但是传统的电力系统稳定器的控制效果并不是最优，系统最后仍然存在小的波动。

3.2 Mamdani型模糊电力系统稳定器设计

设计的Mamdani型模糊电力系统稳定器是二维的，输入量依次是转速偏差信号和转速偏差信号的偏差，输出信号为PSS的输出。在MATLAB下运用模糊工具箱设计Mamdani型模糊电力系统稳定器设计步骤如下：

1）对于仿真的电力系统，确定，，的大致范围。可在仿真时给系统加大扰动，把扰动后，的变化范围作为输入量的论域；由此，可确定量化因子和比例因子。

2）通过不断仿真试验，在MATLAB模糊工具箱下：

、和都取七级模糊变量语言即可满足控制要求。依次设为负大NB，负中NM，负小NS，零Z，正大PB，正中PM，正小PS。

模糊控制规则的按如下思想制定：当为Z，为Z时，说明系统是稳定的，的输出为Z；当为Z，为PS时，说明系统有正加速度的趋势，的输出为PS来迅速抑制偏差增大的趋势，使系统保持稳定；当为Z，为NS时，说明系统有负加速度的趋势，的输出为NS来迅速抑制偏差为负的趋势，使系统保持稳定。

在MATLAB模糊工具箱下单击，弹出输出量曲面观测窗，设计的Mamdani型模糊电力系统稳定器的输入量与输出量的空间曲面的光滑，表明输出近乎连续，不会存在对应一个输如，没有输出的现象。

3.3 Mamdani型和CPSS型模糊电力系统稳定器仿真

设计好的模糊稳定器的控制效果如何，本文通过在MATLAB Simulink 模块拖入一个微分模块，对转速偏差信号进行微分作为模糊控制器的输入信号，把设计的模糊控制器接入单机无穷大系统。

仿真一为发电机输入有功功率增大控制效果仿真，此时线路故障设置为无，通过使用阶跃模块在发电机正常运行1s后，使输入的有功功率增加25%，观察发电机的励磁电压，转速偏差，有功功率，功角偏差情况；仿真二为线路在2s时发生三相短路，0.2s后故障切除，观察发电机的励磁电压，转速偏差，有功功率，功角偏差情况。

安装模糊电力系统稳定器（FPSS）的单机无穷大系统与传统电力系统稳定器（CPSS），无论是在发电机有功功率增加或者线路发生三相短路时，FPSS都能够大幅度提高系统的动态响应性能，使系统尽早恢复稳定，仿真其他情况与此类似，充分说明模糊电力系统稳定器（FPSS）控制效果的智能型，鲁棒性更强。FPSS的控制效果优于CPSS。

4电力系统稳定器GUI设计实现

在本文设计的GUI界面里，播放背景音乐与停止背景音乐按钮可以实现背景音乐的播放与停止，当不选择任何稳定器时，点击开始仿真，程序会提示你至少选择一种稳定器；当选择了稳定器，没有选择仿真情形时，点击开始仿真按钮， 程序也会提示你选择一种仿真情形，选择两种仿真情形时，点击开始仿真按钮，程序同样提示你选择一种仿真情形，当稳定器和仿真情形选择正确时，点击开始仿真，程序就会开始运行，并会显示仿真情形，仿真曲线条数，结束后显示四种观测曲线。

5 结论

同时，模糊规则及隶属函数的选取，量化因子，比例因子对模糊控制的控制效果影响很大。本论文采用的是二维模糊控制，选取的是偏差信号及其它的导数，同时本文的量化因子和比例因子选取的是常数，通过阅读相关文献，如果能够动态的修改量化因子和比例因子能够取得更好的控制效果，这也是本论文设计模糊稳定器值得改进的地方。

参考文献

[1]石辛民，郝整清.模糊控制及其MATLAB仿真[M].清华大学出版社，2008：1-10，89-125.

[2]杨冠城.电力系统自动装置原理[M].4版.中国电力出版社，2007：108-120.