[發明專利]一種應用在地鐵雙向變電站外特性斜率的模糊控制方法

在審

• 申請號: 202010694698.7
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN112099342A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 李彬;趙亞杰
• 申請（專利權）人: 安徽能匯軌道交通技術有限公司;馬鞍山經濟技術開發區建設投資有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 胡文強

1.一種應用在地鐵雙向變電站外特性斜率的模糊控制方法，其特征是按以下步驟進行：

步驟1)首先提出三個概念，即分配功率、近區交互功率與遠區交互功率，首先是分配功率的概念，選取一個變電站及其左右區間以變電站(7)為例，計算變電站分配功率的核心思想是列車離哪個變電站越近，則按比例分配的功率越多,P_SL、P_SM、P_SR分別代表左變電站、中間變電站、右變電站的分配功率，由式(1)至(3)計算得到。

在三個變電站輸出電壓一致，且鋼軌、接觸網電阻均勻的情況下，由于電阻的分流的原理易知這里的P_SL、P_SM、P_SR即為左變電站、中間變電站、右變電站的功率，而在通常情況下，求出來的P_SL、P_SM、P_SR亦可近似反映左變電站、中間變電站、右變電站的功率情況。

接下來介紹近區交互功率和遠區交互功率的概念。這里的遠區交互功率指跨越了一個變電站傳輸的功率，左變電站和右變電站之間交互的功率。近區交互功率指相鄰變電站之間的功率交互，左變電站和中間變電站之間交互的功率以及中間變電站和右變電站之間交互的功率。

步驟2)計算近、遠區交互功率的過程

如下，p1、p2分別表示為近、遠區功率，P_L為左變電站和中間變電站最大可交互的功率，如式(4)，P_R為中間變電站和右變電站的最大可交互功率，如式(5)。

中間變電站最大可以交互的功率P_T：

P_T＝P_L+P_R (6)

如式(7)所示,如果中間變電站最大可以交互的功率P_T比中間變電站本身的分配功率P_SM的絕對值|P_SM|還高，則說明中間變電站本身的功率不足以提供所有的交互功率，還有功率跨過中間變電站傳輸，則近區交互功率p1為|P_SM|，剩下的就是遠區交互功率p2，如果反過來，P_T比|P_SM|低，則說明全部的交互功率都為近區交互功率p1，遠區交互功率p2為0。

步驟3)設計模糊控制算法

以p1、p2為輸入量，變電站下垂特性斜率r為輸出量，把輸入的p1和p2根據輸入變量模糊子集的隸屬度函數求出所定義的各個語言值的隸屬度，從而把精確數值輸入模糊化成由不同的語言值隸屬度組成的模糊矢量。為便于工程實施，這里我們采用三角形隸屬度函數，設近區、遠區交互功率的范圍為0-4000kW，模糊論域為[0，4000]，其模糊子集使用七級劃分，為{ZX，HX，PX，Z，PD，HD，ZD}，其中ZX為最小，HX為很小，PX為偏小，Z表示中，PD表示偏大，HD表示很大，ZD表示最大，近區、遠區交互功率都使用這套隸屬度函數進行模糊化，輸出r也使用七級模糊子集，模糊論域為[0，0.22]，p1和p2分別有7個論域，故一共有49條模糊控制規則，這里近、遠區的功率權重按照1:2來分配，然后按照四舍五入的原則算出每條規則對應的隸屬度，最后畫出r的模糊控制規則表，已知前提“p1和p2”，為了表達方便，以下將p1的模糊子集最小，很小，偏小，中，偏大，很大，最大表示為A1-A7，p2的七個模糊子集表示為B1-B7,輸出模糊子集定義為C，表2中的模糊規則可表示為

步驟4)以近、遠區交互功率為模糊控制算法的輸入，雙向變電站的斜率為模糊控制法的輸出，首先使用模糊交算子(取小運算)確定每條規則對應的整個前提為真的程度，即整個前提的隸屬度，然后使用模糊蘊含算子(常采用最小運算)即可推理得到每條規則的結論為真的程度，即每條規則結論的隸屬度，最后的推理結果C’_ij可表述為

式中，μ_Ai(p10)表示p1₀對模糊子集Ai的隸屬度；“∧”代表取小運算，其余類推，μ_Cij(r)代表模糊控制表中i行j列里面的斜率值所對應的模糊子集，μ_Cij也是一個模糊子集，下同。應用模糊并算子(取大運算)將上述每條規則的推理結果C’₁₁...C’_ij…C’₇₇最終合成得到一個綜合的輸出模糊向量c，此推理過程可表示為

μ_C(r)＝C’₁₁(r)∨L∨C’_ij(r)∨L∨C’₇₇(r) (10)

式中，“∨”表示取大運算。

在求得輸出模糊向量c后，對論域中的每個元素r_i(i＝1,2,...,7)，以它作為待清晰化輸出模糊集合Ui的隸屬度μ_Ui(u)的加權系數，即取乘積r_iμ_ui(u)(i＝1,2,...,7)，再計算該乘積和Σr_iμ_ui(u)對于隸屬度和Σμ_ui(u)的平均值r0，即

于是這樣就求得了輸出的斜率r。

通過這個模糊控制系統即可得到該站輸出的斜率值，控制框圖如圖7所示，以7號變電站為例，首先采集7號變電站左側區間和右側區間的列車功率和位置信息，然后經過模糊計算即可算7號變電站輸出的斜率r。

步驟5)應用在全線路上，雙向變電站斜率協調控制方法如下，每個變電站先按照上文所提的方法采集相鄰區間內的列車的信息，然后利用模糊算法計算出本變電站的斜率，最后每個變電站比較自己的斜率和相鄰變電站的斜率，選取出最大的斜率作為自己的斜率，最終求得的斜率Rp3即為變電站③的斜率，如變電站處于直流供電系統的盡頭，比如是左邊第一個變電站，則該變電站無左側區間，左側區間的分配功率按0來算，只比較本變電站和右側變電站算出的斜率即可。