电力系统负荷频率控制方法及装置与流程

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种电力系统负荷频率控制方法及装置。

背景技术：

电力系统频率是电力系统运行中最重要的参数之一，对电力系统频率控制的分析和研究是电力系统安全运行中不可避免的重要环节。负荷频率控制旨在实现发电量实时自动跟踪电力系统负荷的变化，维持发电功率和负载功率的平衡，使电力系统频率保持规定值，是保证电能质量及效用的重要手段。

传统的负荷频率控制系统根据电网当前频率和目标频率的差值来产生控制信号，但是这种方法稳定性差、准确度低，并且极易受到网络通信时延的影响。随着电网结构的日益复杂，传统的控制策略越来越难以跟踪电力系统负荷的变化，具有极大的局限性。

目前，尚难有一种有效方法，能够在网络通信时延存在的情况下实时自动跟踪电力系统负荷频率的变化并进行调节，从而使电力系统频率保持规定值，并同时保证系统的稳定性。

技术实现要素：

本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制方法及装置，用于解决现有技术中负荷频率控制系统存在极易受通信时延的影响，难以实时自动跟踪电力系统负荷频率的变化的问题，进而能够在网络通信时延存在的情况下实时自动跟踪电力系统负荷频率的变化并进行调节，从而使电力系统频率保持规定值，保证了系统的稳定性。

第一方面，本发明实施例提供的电力系统负荷频率控制方法，包括：

根据电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号，构建离散时间域闭环控制状态方程；

根据所述离散时间域闭环控制状态方程，基于最优控制理论，获取实时控制信号；

根据所述实时控制信号调节所述电力系统负荷频率参数；

其中，所述反馈误差信号根据所述电力系统负荷频率参数的变化而产生。

进一步地，所述根据电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号，构建离散时间域闭环控制状态方程，包括：

根据所述电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号，获取连续时间系统状态方程；

根据所述连续时间系统状态方程获取离散化连续时间系统状态方程；

根据所述离散化连续时间系统状态方程，获取所述离散时间域闭环控制状态方程。

进一步地，所述根据所述电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号，获取连续时间系统状态方程，包括：

根据所述电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号建立动态误差方程；

根据所述动态误差方程获取所述连续时间系统状态方程。进一步地，所述根据所述连续时间系统状态方程获取离散化连续时间系统状态方程，包括：

对所述连续时间系统状态方程进行矩阵变换，获取矩阵形式的连续时间系统状态方程；

对所述矩阵形式的连续时间系统状态方程离散化，获取所述离散化连续时间系统状态方程。

进一步地，所述根据所述离散化连续时间系统状态方程，获取所述离散时间域闭环控制状态方程，包括：

根据所述离散化连续时间系统状态方程，基于所述最优控制理论，确定二次函数作为代价函数；

根据所述代价函数获取所述离散时间域闭环控制状态方程。

进一步地，所述电力系统负荷频率参数包括：电力系统频率、调速器输出频率以及汽轮机输出频率。

第二方面，本发明实施例还提供一种电力系统负荷频率控制装置，包括：建模模块、获取模块以及控制模块；

所述建模模块，用于根据电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号，构建离散时间域闭环控制状态方程；

所述获取模块，用于根据所述离散时间域闭环控制状态方程，基于最优控制理论，获取实时控制信号；

所述控制模块，用于根据所述实时控制信号调节所述电力系统负荷频率参数；

其中，所述反馈误差信号根据所述电力系统负荷频率参数的变化而产生。进一步地，所述获取模块，还包括：

第一获取子模块：用于根据所述电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号，获取连续时间系统状态方程；

第二获取子模块：用于根据所述连续时间系统状态方程获取离散化连续时间系统状态方程；

第三获取子模块：用于根据所述离散化连续时间系统状态方程，获取所述离散时间域闭环控制状态方程。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述电力系统负荷频率控制方法的步骤。

本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述电力系统负荷频率控制方法的步骤。

本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制方法，通过分析电力系统负荷频率控制系统，并考虑离散系统采样时间和通信时延的影响，构建离散时间域闭环控制状态方程，基于最优控制理论，获取实时控制信号，能够在网络通信时延存在的情况下实时自动跟踪电力系统负荷频率参数的变化并进行调节，从而使电力系统频率保持规定值，保证系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制方法的场景示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制方法的流程示意图，如图1所示，所述方法包括：

s1、根据电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号，构建离散时间域闭环控制状态方程；

s2、根据离散时间域闭环控制状态方程，基于最优控制理论，获取实时控制信号；

s3、根据实时控制信号调节所述电力系统负荷频率参数；

其中，反馈误差信号根据所述电力系统负荷频率参数的变化而产生。

需要说明的是，上述方法的执行主体可以是计算机设备。

本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制方法，通过分析电力系统负荷频率控制系统，并考虑离散系统采样时间和通信时延的影响，构建离散时间域闭环控制状态方程，基于最优控制理论，得到电力系统负荷频率控制系统的实时控制信号，能够在网络通信时延存在的情况下实时自动跟踪电力系统负荷频率参数的变化并进行调节，从而使电力系统频率保持规定值，保证系统的稳定性。

进一步地，电力系统负荷频率参数包括：电力系统频率、调速器输出频率以及汽轮机输出频率。

例如，图2为本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制方法的场景示意图。如图2所示，当电力系统频率发生改变时会产生反馈误差信号，根据电力系统频率、调速器输出频率、汽轮机输出频率以及反馈误差信号，获得对应的控制信号，进而根据控制信号调节调速器与汽轮机来使电力系统频率稳定。具体地，在一个实施例中，步骤s1包括：

s11、根据电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号，获取连续时间系统状态方程；

s12、根据连续时间系统状态方程获取离散化连续时间系统状态方程；

s13、根据离散化连续时间系统状态方程，获取离散时间域闭环控制状态方程。

本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制方法，由于在确定离散时间域闭环控制状态方程的过程中，采用了连续时间系统状态方程以及离散化连续时间系统状态方程，因此充分考虑离散系统采样时间和通信时延的影响，从而使得后续获得的实时控制信号能够在网络通信时延存在的情况下实时自动跟踪电力系统负荷频率参数的变化并进行调节。

具体地，在一个实施例中，步骤s11包括：

s111、根据电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号建立动态误差方程；

s112、根据动态误差方程获取连续时间系统状态方程。

具体地，如图2所示，定义状态变量

其中，表示电力系统负荷频率控制系统中系统频率与目标频率的差值，表示调速器输出频率的变化量，表示汽轮机输出频率的变化量，表示反馈误差信号。

其中，tp代表电力系统时间常数，kp代表电力系统增益，tt代表汽轮机时间常数，ke代表误差信号增益，tg调速器时间常数，δe代表误差信号，δf代表系统频率，u代表控制信号，r＝2.4。

本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制方法，通过建立电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号的动态误差方程，并由此确定连续时间系统状态方程，从而实时自动追踪电力系统负荷参数的变化。

进一步地，在一个实施例中，步骤s12包括：

s121、对连续时间系统状态方程进行矩阵变换，获取矩阵形式的连续时间系统状态方程；

具体地：将状态变量中各个组成部分的动态误差方程联系起来，获得连续时间系统状态方程，并改写成以下矩阵形式：

其中，为x(t)的导数，τ代表通信时延，u(t-τ)代表实时控制信号，w以及p代表系数矩阵，给定如下：

s122、对矩阵形式的连续时间系统状态方程离散化，获取离散化连续时间系统状态方程。

具体地，将得到的矩阵形式的连续时间系统状态方程离散化，获得离散化连续时间系统状态方程。令采样周期为t，假设通信时延τ小于采样周期t，可以认为输入的控制信号u(t)为分段常数，在采样间隔为[kt，(k+1)t]的范围内，可以获得离散化连续时间系统状态方程如下：

xk+1＝wkxk+pk1uk+pk2uk-1

其中，xk表示当前时刻的状态变量，xk＝x(kt)，uk表示当前时刻的控制信号，uk＝u(kt)，wk、pk1和pk2均为固有参数，wk＝e^ωt，

进一步地，在一个实施例中，步骤s13包括：

s131、根据离散化连续时间系统状态方程，基于最优控制理论，确定二次函数作为代价函数；

s132、根据代价函数获取离散时间域闭环控制状态方程。

具体地，为了实现系统的最优化控制，基于最优控制理论，选择二次函数作为代价函数：

在本发明实施例中设定jn为代价函数，q为对角矩阵，r0设定为常数，为了计算方便，本发明实施例中q模值设定为1，r0＝1。

进一步地，本领域技术人员应当清楚，无线通信网络每隔时间t进行信号的传输。可以将构建离散时间域闭环控制状态方程转化成对离散时间域闭环控制状态方程的最优化控制问题的求解：

其中，xn代表n时刻的状态变量，t代表采样周期，n代表总时间点数，k代表当前时间点。

由于直接求解以上优化问题比较困难，可将其等价转换：

根据最优控制理论，对于线性二次最优化问题，可以把控制信号写成以下形式：

uk＝-lkzk

其中：

lk＝[mk^tsk+1mk+r0]^-1mk^tsk+1fk

进一步地，将负荷频率控制最优化问题，转化为对最优控制策略的系数lk进行求解的问题。

具体地，按照步骤a1至a3，获得实时控制信号。

a1：设定迭代步长iter＝-1，令k＝n-1，根据sk+1求得lk，进而得到sk，并根据式k＝k+iter修改k值；

a2：判断k≥0，若是，执行步骤a1；若否，执行步骤a3；

a3：获取从k＝0到k＝n-1所有时刻的lk，利用公式uk＝-lkzk计算获取从k＝0到k＝n-1所有时刻实时控制信号uk。

本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制方法，为了实现电力系统的最优化控制，引入二次函数作为代价函数，获取将离散时间域闭环控制状态方程，并转化成对其控制最优化问题的求解。进一步地，将所述控制最优化问题进行等价转换为对其最优控制策略的系数求解，并结合最优控制理论，采用递归推导的方法，逐步求解得出电力系统负荷频率控制系统中最优控制策略的系数，减少计算量的同时，利用所述最优控制策略的系数，获得实时控制信号，从而根据实时控制信号，自动追踪电力系统负荷频率参数并进行调节，使电力系统频率保持规定值，保证系统的稳定性。

下面对本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制装置进行描述，下文描述的一种电力系统负荷频率控制装置与上文描述的一种电力系统负荷频率控制方法可相互对应参照。

图3为本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制装置的结构示意图，如图3所示，所述装置包括：建模模块310，获取模块320，控制模块330，

建模模块310用于根据电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号，构建离散时间域闭环控制状态方程；

获取模块320用于根据离散时间域闭环控制状态方程，基于最优控制理论，获取实时控制信号；

控制模块330用于根据实时控制信号调节电力系统负荷频率参数；其中，反馈误差信号根据电力系统负荷频率参数的变化而产生。

本发明实施例提供的一种电力系统负荷频率控制装置，通过建模模块310，并考虑离散系统采样时间和通信时延的影响，构建离散时间域闭环控制状态方程，由获取模块320获取实时控制信号，并将实时控制信号通过控制模块330调节电力系统负荷频率参数，能够在网络通信时延存在的情况下实时自动跟踪电力系统负荷频率参数的变化并调节，从而使电力系统频率保持规定值，保证系统的稳定性。

在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述获取模块320还包括：第一获取子模块：用于根据电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号，获取连续时间系统状态方程；第二获取子模块：用于根据连续时间系统状态方程获取离散化连续时间系统状态方程；第三获取子模块：用于根据离散化连续时间系统状态方程，获取离散时间域闭环控制状态方程。

本发明实施例通过分析电力系统负荷频率控制系统，根据第一获取子模块、第二获取子模块以及第三获取子模块构建系统的状态方程，并考虑离散系统采样时间和通信时延的影响，得到负荷频率控制系统的实时控制信号，能够在网络通信时延存在的情况下实时自动跟踪电力系统负荷频率参数的变化，维持发电功率和负载功率的平衡，使电力系统频率保持规定值，保证系统的稳定性。

图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(communicationinterface)420、存储器(memory)430和总线(bus)440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行如下方法：

根据电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号，构建离散时间域闭环控制状态方程；

根据离散时间域闭环控制状态方程，基于最优控制理论，获取实时控制信号；

根据实时控制信号调节所述电力系统负荷频率参数。

此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

进一步地，本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：

根据电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号，构建离散时间域闭环控制状态方程；

根据离散时间域闭环控制状态方程，基于最优控制理论，获取实时控制信号；

根据实时控制信号调节所述电力系统负荷频率参数。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：

根据电力系统负荷频率参数以及反馈误差信号，构建离散时间域闭环控制状态方程；

根据离散时间域闭环控制状态方程，基于最优控制理论，获取实时控制信号；

根据实时控制信号调节所述电力系统负荷频率参数。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。