多区域互联电力系统基于事件触发负荷频率控制的方法

摘要

本发明公开了一种多区域互联电力系统基于事件触发负荷频率控制的方法，包括：步骤一、建立多能源电力系统负荷频率控制的数学模型；步骤二、基于事件触发机制，研究多区域互联电力系统负荷频率控制的事件触发条件设计；步骤三、设计基于事件触发的控制器；本发明使系统从一开始就直接进入滑模状态，滑模存在于整个控制过程中；对于滑模控制系统，当系统进入滑模状态后，系统的动态性能完全由滑动模态决定，这种控制方法具有所希望的动态特性，并且对系统参数和外部干扰的变化具有完全的鲁棒性，消除了抖振，又由于使用事件触发机制，使得多能源电力系统能有效抑制动态频率偏差和联络线功率动态偏差，并且有效的减少网络带宽占有率。

主权项

多区域互联电力系统基于事件触发负荷频率控制的方法，包括以下步骤：步骤一、建立多能源电力系统负荷频率控制的数学模型；多区域电力系统的动态模型为：$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{·}{x}}_i\left(t\right)=A_i{x}_i\left(t\right)+B_i{u}_i\left(t\right)+F_i{\omega }_i\left(t\right)\\ y_i\left(t\right)=C_i{x}_i\left(t\right),\end{array}\right.,$其中：${\omega }_i^T\left(t\right)=\left[\begin{array}{cc}{\upsilon }_{1i}& {\upsilon }_{2i}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\Delta P}}_{di}& \underset{i=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{T}_{ij}{\mathrm{\Delta f}}_i\end{array}\right],$y_i(t)＝ACE_i＝ΔP_tie‑i+β_iΔf_i，$F_i={\left[\begin{array}{cccc}-\frac{1}{M_i}& 0& 0& 0\\ 0& -2\pi & 0& 0\end{array}\right]}^T,$$B_i={\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& \frac{1}{T_{gi}{R}_i}\end{array}\right]}^T,$$A_i=\left[\begin{array}{cccc}-\frac{D_i}{M_i}& -\frac{1}{M_i}& \frac{1}{M_i}& 0\\ 2\pi \underset{i=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{T}_{ij}& 0& 0& 0\\ 0& 0& -\frac{1}{T_{ti}}& \frac{1}{T_{ti}}\\ -\frac{1}{T_{gi}{R}_i}& 0& 0& -\frac{1}{T_{gi}}\end{array}\right],$C_i＝[β_i 1 0 0]；其中，x_i(t)是第i个区域的状态变量；u_i(t)是第i个区域的系统输入；y_i(t)是第i个区域的系统输出。另外、Δf_i为频率偏差，ΔP_mi为发电机输出功率偏差，ΔP_gi为调节阀位置偏差，ΔP_di为负载扰动，ΔP_tie‑i为联络线功率偏差，T_gi为调节阀时间常数，T_ti为涡轮机时间常数，M_i为发电机惯量，D_i为发电机单位阻尼系数，R_i为降速，β_i为频率偏差系数，ACE_i为区域控制偏差，T_ij为区域间的联络线同步系数；因连续时间系统由计算机控制，状态信号只在采样周期内实现传输，因此将原系统离散化得到：$\left\{\begin{array}{c}{x}_i(k+1)=G_i{x}_i\left(k\right)+H_{i}u\left(k\right)+W_i{\omega }_i\left(k\right),\\ y_i\left(k\right)=C_i{x}_i\left(k\right),\end{array}\right.$其中：至此，得到互联电力系统负荷频率控制的数学模型；步骤二、对于得到的互联电力系统负荷频率控制的数学模型，采用离散型积分滑模控制方法，构造如下的离散积分滑模面：$\left\{\begin{array}{c}{s}_i\left(k\right)=L_i{x}_i\left(k\right)-L_i{x}_i\left(0\right)+b_i\left(k\right),\\ b_i\left(k\right)=b_i\left(k-1\right)-E_i{x}_i\left(k-1\right),\end{array}\right.$其中：b_i(0)＝0,E_i和L_i是将被设计的未知矩阵；另外，采样数据是否传送到相应的事件触发控制器是由以下的判断方案决定：${[x_i\left(k\right)-x_i\left(k_l\right)]}^T{\Phi }_i[x_i\left(k\right)-x_i\left(k_l\right)]>{ϵ}_i{x}_i^T\left(k\right){\Phi }_i{x}_i\left(k\right),$其中，k_l是最新触发时刻，k是当前时刻，Φ_i是将被设计的正定加权矩阵，ε_i是给定的常数标量，ε_i∈[0,1)；步骤三、设计基于事件触发的控制器；1)滑模面矩阵L_i和E_i的设计，为了方便得到满足稳定性条件的矩阵方程，令L_i＝H_i^TP_i，E_i＝L_i[G_i+H_iK_i‑I]，其中P_i和K_i利用仿真软件进行求解得到；2)在滑模控制中，滑模控制律由等效控制u_eqi和切换控制u_swi构成，等效控制保证系统状态在滑模面上，切换控制保证系统状态不离开滑模面；为保证滑模到达条件成立，设计切换控制律如下：u_swi(k)＝‑Ωs_i(k)‑ρ_i(k)·sat(s_i(k)),其中：Ω是个给定的正定常数，sign(x)是符号函数；3)滑模控制律u_i(k)＝u_eqi(k)+u_swi(k)，而u_eqi(k)由设计的事件触发滑模切换面得到，即由s_i(k+1)＝0得到为了更好的处理扰动，将带有ω_i(k)项设计在切换控制u_swi中，并令u_eqi(k)＝K_ix_i(k_l)，至此到滑模控制律u_i(k)；4)滑模控制律u_i(k)将控制指令经过事件触发机制发送给系统的执行器，实现控制目标。