一种事件触发机制下的多区域电力系统负荷频率控制方法与流程

本发明涉及电力系统技术领域，特别是一种事件触发机制下的多区域电力系统负荷频率控制方法。

背景技术：

随着电力系统的规模变的越来越大，电网之间互联也愈来愈强，而负荷频率控制作为电力系统稳定运行的一种重要控制手段也成为人们关注的焦点，由于电力系统结构的复杂性，将测量的各类控制信息和一些动态信息等在网络中传输，势必会大大增加网络传输压力，因而会引起网络时延和数据包丢失等问题，这为电力系统负荷频率控制的分析与综合设计带来了挑战。

在多区域电力系统负荷频率控制中，多个节点共用同一有限的带宽资源，其传统信号采样的方式往往是周期采样，因而会产生大量的冗余信号，冗余信号的传输会大大增加网络通信压力。如何设计行之有效的控制策略，在保证系统期望的性能的前提下尽可能地节省有限的带宽资源，也是目前亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，而提供一种事件触发机制下的多区域电力系统负荷频率控制方法，不仅解决了传统电力系统负荷频率控制周期采样的缺陷，而且区别于传统的事件触发机制，本发明中的触发机制可以赋予每个状态分量不同的权值，使其具有更小的保守性，若采样信号不满足事件触发机制的触发条件则向控制器传输此次信号，否则不传输当前采样信号，从而降低了控制器控制信号的更新频率，减少了网络通信负担，节省了网络带宽资源。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种事件触发机制下的多区域电力系统负荷频率控制方法，包括以下步骤：

步骤一、建立多区域电力系统负荷频率控制数学模型：

其中，y(t)＝[y₁(t) y₂(t) … y_n(t)]^T,x(t)＝[x₁(t) x₂(t) … x_n(t)]^T

x_p(t)＝[Δf_p ΔP_mp ΔP_v ∫ACE_p ΔP_tie-p]^T,y_p(t)＝[ACE_p ∫ACE_p]^T，p＝1,2…n；

w(t)为能量有界的扰动信号，T为矩阵转置，t_k,t_k+1分别是前后两次满足触发条件被发送至控制器端的采样信号的采样时刻，A,B,H,C是系数矩阵，K是待求的控制器的增益矩阵，为状态向量的导数，x(t-τ(t))为含有时延的状态向量，t为连续时间，Δf_p,ΔP_mp,∫ACE_p分别为系统频率偏差，机械频率偏差和区域控制误差ACE_p的积分形式，m＝1,2,…,l-1，l为常数，h为采样周期，τ为传输延时，t_k+j,τ_k+j分别表示第j次采样的时刻和第j采样信号的传输时延，Δp_v,Δp_tie-p分别为调节阀位置和联络线功率偏差，n为正整数，表示系统的维数；

步骤二、若采样信号不满足事件触发机制的触发条件则向控制器传输此次信号，否则不传输；触发条件为：

其中：

加权参数σ₁,σ₂…σ_n∈[0 1],ε＞0

Ω为待求触发矩阵；

步骤三、确定触发矩阵Ω和控制器增益矩阵K，具体如下：

对给定的扰动抑制水平γ＞0，如果存在矩阵X＞0，Q＞0，Ω＞0,R＞0,W＞0和Z＞0，且存在矩阵L、M和N,满足以下两个矩阵不等式，

其中：

Δ＝[L+N M-L-N -M 0 0]

η₁＝[AX BY 0 -BY H]

η₂＝[X X 0 0 0]

η₃＝[CX 0 0 0 0]

I为单位矩阵，X,Y均为待求矩阵，*是矩阵中与之对应的转置项，H为扰动项的系数矩阵，为时延上界，ρ₁,ρ₂,ρ₃均为常数；

根据公式(1)和上述两个不等式(2)、(3)计算出触发矩阵Ω和待求矩阵X,Y,然后计算出控制器增益矩阵K＝YX^-1；

步骤四、建立输出反馈控制器u(t)＝KCx(t)。

作为本发明所述的一种事件触发机制下的多区域电力系统负荷频率控制方法进一步优化方案，所述步骤一中的多区域电力系统负荷频率控制数学模型是考虑通信延时的电力系统负荷频率控制的动态模型。

作为本发明所述的一种事件触发机制下的多区域电力系统负荷频率控制方法进一步优化方案，所述步骤二中的触发条件被引入到电力系统负荷频率控制中。

作为本发明所述的一种事件触发机制下的多区域电力系统负荷频率控制方法进一步优化方案，所述步骤二中的触发条件被引入到电力系统负荷频率控制中的动态模型。

作为本发明所述的一种事件触发机制下的多区域电力系统负荷频率控制方法进一步优化方案，所述步骤三中确定的触发矩阵Ω和控制器增益矩阵K代表系统的性能条件。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：事件触发机制的触发条件只与当前的采样信号和前一次的触发信号有关；当不满足触发条件时，则将当前的采样信号发送给控制器，否则，则不传送当前采样信号。在确保电力系统负荷频率控制的动态特性稳定的情况下，该事件触发机制解决了传统周期采样弊端，避免了冗余信号的传输，因而减少了网络传输的压力，节省了网络通信资源；且不同于传统事件触发机制，该事件触发机制赋予了每个状态分量不同的权值，使其具有更小的保守性。

附图说明

图1是本发明的系统控制器设计流程图。

图2是多区域电力系统负荷频率控制方案第i区域的动态模型。

图3为触发器工作原理图。

图4为一个三区域互联电力系统方案。

具体实施方式

图1是本发明的系统控制器设计流程图，流程图主要用来说明系统控制器的设计步骤。图2是多区域电力系统负荷频率控制方案第i区域的动态模型，其动态模型主要用来建立系统的数学模型。图3为触发器工作原理图，其工作原理只与当前采样信号与前一次满足触发条件的采样信号有关，若这两个采样信号不满足触发条件则将当前采样信号发送给控制器，否则就不传输此信号。图4为一个三区域互联电力系统方案,三个区域中每个区域都表示电力系统负荷频率控制方案，每条直线箭头表示区域与区域之间的信道。一种事件触发机制下的多区域电力系统负荷频率控制方法的具体如下：

1、建立多区域电力系统负荷频率控制数学模型：

其中：x_p(t)＝[Δf_p ΔP_mp ΔP_v ∫ACE_p ΔP_tie-p]^T

y_p(t)＝[ACE_p ∫ACE_p]^T,x(t)＝[x₁(t) x₂(t) … x_n(t)]^T p＝1,2…n

y(t)＝[y₁(t) y₂(t) … y_n(t)]^T

B＝diag{B₁,B₂,…,B_n},C＝diag{C₁,C₂,…,C_n}

K＝diag{K₁,K₂,…,K_n},H＝diag{H₁,H₂,…,H_n}

T_ij＝T_ji

其中，Δp_v,Δp_tie-p分别为调节阀位置和联络线功率偏差；M_i,T_ch-i,D_i,T_g-i,R_i分别为发电机转动惯量、汽容时间常数、阻尼系数、调速器时间常数和速度跌落系数；w(t)为能量有界的扰动信号，β_i为频率偏置因子，T_ij为第i个控制区域与第j个控制区域之间的联络线同步系数，T_ji为第j个控制区域与第i个控制区域之间的联络线同步系数，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,n，为状态向量的导数，Δf_p,ΔP_mp,∫ACE_p分别为系统频率偏差，机械频率偏差和区域控制误差ACE_p的积分形式，t_k+j,τ_k+j分别表示第j次采样的时刻和第j采样信号的传输时延。K_Pi,K_Ii分别为PI控制器的比例积增益与积分增益，n为正整数。

2引入触发机制

其触发条件为：

其中：

h为采样周期，m＝1,2,…,l-1,l为常数，τ为传输延时，t_k+j,τ_k+j分别表示第j次采样的时刻和第j采样信号传输时延，x(t-τ(t))为具有时延的当前采样信号，式(3)是根据文献D.Yue,E.Tian,and Q.Han,“A delay system method for designing event-triggered controllers of networked control systems,”中提出的区间划分的方法得到：

式(2)表明：其触发条件只与当前采样信号和前一次触发信号这两个采样信号有关，当满足预先设定触发条件时，则向控制器发送当前采样信号，同时控制器控制信号数据更新一次。

由于式(3)区间的划分，则式(1)可以转化为：

本发明的目的是引入触发机制对建立的数学模型(4)来设计分析，与传统周期采样相比，减少了控制器的采样信号的更新频率，且不同于现有的事件触发机制，加入了含有加权参数的矩阵Θ，此事件触发机制赋予了每个状态分量不同的权值，当此触发条件的系数等于1，每个加权参数相等时，则此触发条件就退化为通常的事件触发条件。通过设立李雅普诺夫函数给定了满足系统的H∞性能条件。

定理：

对给定的扰动抑制水平γ＞0,加权参数σ₁,σ₂…σ_n∈[0 1],，ε＞0,如果存在矩阵X＞0，Q＞0，Ω＞0,R＞0,W＞0和Z＞0，且存在合适维度的矩阵L、M和N,满足以下两个矩阵不等式，

其中：

Δ＝[L+N M-L-N -M 0 0]

η₁＝[AX BY 0 -BY H]

η₂＝[X X 0 0 0]

η₃＝[CX 0 0 0 0]

在扰动w(t)＝0的情况下，系统是渐进稳定的，且零初始条件下受控输出y(t)满足H_∞性能准则如果上述两个矩阵不等式有可行解，可求出触发矩阵Ω与控制器的增益矩阵K。在上述条件中，T为矩阵转置，I为单位矩阵，H为扰动项的系数矩阵。为时延上界，X,Y均为待求矩阵，*是矩阵中与之对应的转置项，ρ₁,ρ₂,ρ₃均为常数。

根据以上条件，使用MATLAB线性矩阵不等式工具箱直接计算得出触发矩阵Ω和待求矩阵X,Y，然后计算出控制器的增益矩阵K＝YX^-1。

(5)建立输出反馈控制器u(t)＝KCx(t)。

本事件触发机制不仅解决了传统的周期采样(信号采样一次就发送一次)过程中传输一些不必要的采样信号的缺陷，而且区别于传统事件触发机制增加了含有加权参数的矩阵，该触发机制中可以赋予每个状态分量不同的权值，使其事件触发机制具有更小的保守性。因此可以根据实际需求选取合适的含有加权参数的矩阵，当触发条件中的系数等于1，每个加权参数相等时，其事件触发条件就转化为传统的事件触发条件的形式，该触发机制主要的思想是当前采样信号是否满足所设定的触发条件，若满足触发条件则向控制器传输此次采样信号，否则就不传输。从而在不影响系统性能的情况下，减少了控制器信号的更新频率，节省了网络带宽资源。

本领域技术人员容易理解，以上所述仅为本发明较佳的实施例而已，并不用以限制本发明，凡是在本发明精神和原则之内所作的修改、改进和等同代换等均应包含在本发明的保护范围之内。