基于切换系统建模的微电网故障检测方法研究

This project studies fault detection for micro-grid based on switched systems. Micro-grid operates not only as the grid-connected mode and islanding mode, but also as some intermediate modes. Firstly, the model of impulsive swtiched system is described based on the multiple modes of micro-grid. The fault models for micro-grid are given, then the new features combined switched systems and the fault models are studied. Secondly, in order to generate the fault alarm in time, the fault detector is designed, then the synthetical optimisation in fault sensitiveness performance and disturbance attenuation performance is guaranteed. On this basis, simultaneous fault detection and control problem for impulsive switched systems is considered. A single unit is designed such that the detection objective and the control objective are guaranteed simultaneously. Subsequently, the synthetical design method on fault isolation is presented. When faults occur, the mold and amplitude of faults can be analysed in time, and faults can be detected and isolated. Finally, the obtained results are applied to the simulation experiments of micro-grid. Therefore, the research project will further broaden and deepen the research of fault detection for switched systems, and also be significant for reliable and secure operation of micro-grid.

项目针对建模为切换系统的微电网故障检测问题展开研究。微电网不仅具有并网与孤岛两种典型的运行状态,同时也存在多种过渡状态。首先根据多状态运行的情况，建立微电网的脉冲切换模型，并分析微电网可能出现的故障，给出故障模型，探索切换模型和故障模型结合的新特征。 然后考虑设计故障检测器对发生的故障进行检测并及时报警，达到故障灵敏性和干扰鲁棒性的综合优化；在此基础上，考虑脉冲切换系统的同时故障检测与控制问题，通过设计单一的设计单元，实现同时的检测和控制目的；进一步给出故障隔离综合设计方法，在发生异常情况后，及时分析故障类型和幅值，实现故障诊断和隔离。最终将所取得的成果应用到微电网的仿真中。因此，该项目的开展将进一步拓展切换系统故障检测理论的研究广度和深度，并且对微电网的可靠和安全运行具有重要意义。

本项目完成了计划任务书中规定的研究内容与研究计划，取得了一些有意义的成果。主要针对切换系统进行鲁棒故障检测方法的研究，提出一系列基于切换策略的故障检测与隔离设计的新方法。项目组成员共发表标注基金号的论文20篇，其中13篇被SCI收录。项目负责人李健成功获得吉林省教育厅项目（2017）,吉林省科技厅优秀青年科学基金项目资助(2018)，吉林省科学技术进步二等奖（排名第五）。. 本项目的主要创新工作集中在如下4个方面：1)微电网的控制方面：针对微电网孤岛运行时的网络拓扑连接情况，考虑微电网的二级电压下垂控制问题，提出了基于滑模自适应方法的协调控制器设计方法，并分析了可能出现的故障类型；研究了基于多智能体强化学习算法的微电网优化方法，提出了微型电源的优化组合问题解决方案，充分发挥微电网的优势，实现微型电源经济性；考虑发电单元的控制特性，设计控制器，实现系统的稳定以及有限时间稳定。2）故障检测方向上，针对提出的切换系统，分别考虑特定的切换脉冲和系统网络传输时的丢包、量化问题，设计了故障检测控制器；针对互联系统，考虑故障导致的拓扑变换，建模切换系统，实现故障检测。3）同时故障检测与控制方面，针对网络传输时的量化问题，设计了同时故障检测控制器，实现了切换系统的故障检测与控制问题。4）故障检测和隔离方法，针对微电网中的DC-DC变送器建模的切换系统，引入切换技术在多模型策略下设计出新颖的故障检测与隔离观测器，有效地进行故障检测与隔离，保证了系统的安全运行。