一種事件觸發機制下的多區域電力系統負荷頻率控制方法與流程
本發明涉及電力系統技術領域，特別是一種事件觸發機制下的多區域電力系統負荷頻率控制方法。
背景技術：
隨著電力系統的規模變的越來越大，電網之間互聯也愈來愈強，而負荷頻率控制作為電力系統穩定運行的一種重要控制手段也成為人們關注的焦點，由于電力系統結構的復雜性，將測量的各類控制信息和一些動態信息等在網絡中傳輸，勢必會大大增加網絡傳輸壓力，因而會引起網絡時延和數據包丟失等問題，這為電力系統負荷頻率控制的分析與綜合設計帶來了挑戰。
在多區域電力系統負荷頻率控制中，多個節點共用同一有限的帶寬資源，其傳統信號采樣的方式往往是周期采樣，因而會產生大量的冗余信號，冗余信號的傳輸會大大增加網絡通信壓力。如何設計行之有效的控制策略，在保證系統期望的性能的前提下盡可能地節省有限的帶寬資源，也是目前亟需解決的問題。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，而提供一種事件觸發機制下的多區域電力系統負荷頻率控制方法，不僅解決了傳統電力系統負荷頻率控制周期采樣的缺陷，而且區別于傳統的事件觸發機制，本發明中的觸發機制可以賦予每個狀態分量不同的權值，使其具有更小的保守性，若采樣信號不滿足事件觸發機制的觸發條件則向控制器傳輸此次信號，否則不傳輸當前采樣信號，從而降低了控制器控制信號的更新頻率，減少了網絡通信負擔，節省了網絡帶寬資源。
本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：
根據本發明提出的一種事件觸發機制下的多區域電力系統負荷頻率控制方法，包括以下步驟：
步驟一、建立多區域電力系統負荷頻率控制數學模型：
其中，y(t)＝[y1(t) y2(t) … yn(t)]T,x(t)＝[x1(t) x2(t) … xn(t)]T
xp(t)＝[Δfp ΔPmp ΔPv ∫ACEp ΔPtie-p]T,yp(t)＝[ACEp ∫ACEp]T，p＝1,2…n；
w(t)為能量有界的擾動信號，T為矩陣轉置，tk,tk+1分別是前后兩次滿足觸發條件被發送至控制器端的采樣信號的采樣時刻，A,B,H,C是系數矩陣，K是待求的控制器的增益矩陣，為狀態向量的導數，x(t-τ(t))為含有時延的狀態向量，t為連續時間，Δfp,ΔPmp,∫ACEp分別為系統頻率偏差，機械頻率偏差和區域控制誤差ACEp的積分形式，m＝1,2,…,l-1，l為常數，h為采樣周期，τ為傳輸延時，tk+j,τk+j分別表示第j次采樣的時刻和第j采樣信號的傳輸時延，Δpv,Δptie-p分別為調節閥位置和聯絡線功率偏差，n為正整數，表示系統的維數；
步驟二、若采樣信號不滿足事件觸發機制的觸發條件則向控制器傳輸此次信號，否則不傳輸；觸發條件為：
其中：
加權參數σ1,σ2…σn∈[0 1],ε＞0
Ω為待求觸發矩陣；
步驟三、確定觸發矩陣Ω和控制器增益矩陣K，具體如下：
對給定的擾動抑制水平γ＞0，如果存在矩陣X＞0，Q＞0，Ω＞0,R＞0,W＞0和Z＞0，且存在矩陣L、M和N,滿足以下兩個矩陣不等式，
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為單位矩陣，X,Y均為待求矩陣，*是矩陣中與之對應的轉置項，H為擾動項的系數矩陣，為時延上界，ρ1,ρ2,ρ3均為常數；
根據公式(1)和上述兩個不等式(2)、(3)計算出觸發矩陣Ω和待求矩陣X,Y,然后計算出控制器增益矩陣K＝YX-1；
步驟四、建立輸出反饋控制器u(t)＝KCx(t)。
作為本發明所述的一種事件觸發機制下的多區域電力系統負荷頻率控制方法進一步優化方案，所述步驟一中的多區域電力系統負荷頻率控制數學模型是考慮通信延時的電力系統負荷頻率控制的動態模型。
作為本發明所述的一種事件觸發機制下的多區域電力系統負荷頻率控制方法進一步優化方案，所述步驟二中的觸發條件被引入到電力系統負荷頻率控制中。
作為本發明所述的一種事件觸發機制下的多區域電力系統負荷頻率控制方法進一步優化方案，所述步驟二中的觸發條件被引入到電力系統負荷頻率控制中的動態模型。
作為本發明所述的一種事件觸發機制下的多區域電力系統負荷頻率控制方法進一步優化方案，所述步驟三中確定的觸發矩陣Ω和控制器增益矩陣K代表系統的性能條件。
本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：事件觸發機制的觸發條件只與當前的采樣信號和前一次的觸發信號有關；當不滿足觸發條件時，則將當前的采樣信號發送給控制器，否則，則不傳送當前采樣信號。在確保電力系統負荷頻率控制的動態特性穩定的情況下，該事件觸發機制解決了傳統周期采樣弊端，避免了冗余信號的傳輸，因而減少了網絡傳輸的壓力，節省了網絡通信資源；且不同于傳統事件觸發機制，該事件觸發機制賦予了每個狀態分量不同的權值，使其具有更小的保守性。
附圖說明
圖1是本發明的系統控制器設計流程圖。
圖2是多區域電力系統負荷頻率控制方案第i區域的動態模型。
圖3為觸發器工作原理圖。
圖4為一個三區域互聯電力系統方案。
具體實施方式
圖1是本發明的系統控制器設計流程圖，流程圖主要用來說明系統控制器的設計步驟。圖2是多區域電力系統負荷頻率控制方案第i區域的動態模型，其動態模型主要用來建立系統的數學模型。圖3為觸發器工作原理圖，其工作原理只與當前采樣信號與前一次滿足觸發條件的采樣信號有關，若這兩個采樣信號不滿足觸發條件則將當前采樣信號發送給控制器，否則就不傳輸此信號。圖4為一個三區域互聯電力系統方案,三個區域中每個區域都表示電力系統負荷頻率控制方案，每條直線箭頭表示區域與區域之間的信道。一種事件觸發機制下的多區域電力系統負荷頻率控制方法的具體如下：
1、建立多區域電力系統負荷頻率控制數學模型：
其中：xp(t)＝[Δfp ΔPmp ΔPv ∫ACEp ΔPtie-p]T
yp(t)＝[ACEp ∫ACEp]T,x(t)＝[x1(t) x2(t) … xn(t)]T p＝1,2…n
y(t)＝[y1(t) y2(t) … yn(t)]T
B＝diag{B1,B2,…,Bn},C＝diag{C1,C2,…,Cn}
K＝diag{K1,K2,…,Kn},H＝diag{H1,H2,…,Hn}
Tij＝Tji
其中，Δpv,Δptie-p分別為調節閥位置和聯絡線功率偏差；Mi,Tch-i,Di,Tg-i,Ri分別為發電機轉動慣量、汽容時間常數、阻尼系數、調速器時間常數和速度跌落系數；w(t)為能量有界的擾動信號，βi為頻率偏置因子，Tij為第i個控制區域與第j個控制區域之間的聯絡線同步系數，Tji為第j個控制區域與第i個控制區域之間的聯絡線同步系數，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,n，為狀態向量的導數，Δfp,ΔPmp,∫ACEp分別為系統頻率偏差，機械頻率偏差和區域控制誤差ACEp的積分形式，tk+j,τk+j分別表示第j次采樣的時刻和第j采樣信號的傳輸時延。KPi,KIi分別為PI控制器的比例積增益與積分增益，n為正整數。
2引入觸發機制
其觸發條件為：
其中：
h為采樣周期，m＝1,2,…,l-1,l為常數，τ為傳輸延時，tk+j,τk+j分別表示第j次采樣的時刻和第j采樣信號傳輸時延，x(t-τ(t))為具有時延的當前采樣信號，式(3)是根據文獻D.Yue,E.Tian,and Q.Han,“A delay system method for designing event-triggered controllers of networked control systems,”中提出的區間劃分的方法得到：
式(2)表明：其觸發條件只與當前采樣信號和前一次觸發信號這兩個采樣信號有關，當滿足預先設定觸發條件時，則向控制器發送當前采樣信號，同時控制器控制信號數據更新一次。
由于式(3)區間的劃分，則式(1)可以轉化為：
本發明的目的是引入觸發機制對建立的數學模型(4)來設計分析，與傳統周期采樣相比，減少了控制器的采樣信號的更新頻率，且不同于現有的事件觸發機制，加入了含有加權參數的矩陣Θ，此事件觸發機制賦予了每個狀態分量不同的權值，當此觸發條件的系數等于1，每個加權參數相等時，則此觸發條件就退化為通常的事件觸發條件。通過設立李雅普諾夫函數給定了滿足系統的H∞性能條件。
定理：
對給定的擾動抑制水平γ＞0,加權參數σ1,σ2…σn∈[0 1],，ε＞0,如果存在矩陣X＞0，Q＞0，Ω＞0,R＞0,W＞0和Z＞0，且存在合適維度的矩陣L、M和N,滿足以下兩個矩陣不等式，
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]
在擾動w(t)＝0的情況下，系統是漸進穩定的，且零初始條件下受控輸出y(t)滿足H∞性能準則如果上述兩個矩陣不等式有可行解，可求出觸發矩陣Ω與控制器的增益矩陣K。在上述條件中，T為矩陣轉置，I為單位矩陣，H為擾動項的系數矩陣。為時延上界，X,Y均為待求矩陣，*是矩陣中與之對應的轉置項，ρ1,ρ2,ρ3均為常數。
根據以上條件，使用MATLAB線性矩陣不等式工具箱直接計算得出觸發矩陣Ω和待求矩陣X,Y，然后計算出控制器的增益矩陣K＝YX-1。
(5)建立輸出反饋控制器u(t)＝KCx(t)。
本事件觸發機制不僅解決了傳統的周期采樣(信號采樣一次就發送一次)過程中傳輸一些不必要的采樣信號的缺陷，而且區別于傳統事件觸發機制增加了含有加權參數的矩陣，該觸發機制中可以賦予每個狀態分量不同的權值，使其事件觸發機制具有更小的保守性。因此可以根據實際需求選取合適的含有加權參數的矩陣，當觸發條件中的系數等于1，每個加權參數相等時，其事件觸發條件就轉化為傳統的事件觸發條件的形式，該觸發機制主要的思想是當前采樣信號是否滿足所設定的觸發條件，若滿足觸發條件則向控制器傳輸此次采樣信號，否則就不傳輸。從而在不影響系統性能的情況下，減少了控制器信號的更新頻率，節省了網絡帶寬資源。
本領域技術人員容易理解，以上所述僅為本發明較佳的實施例而已，并不用以限制本發明，凡是在本發明精神和原則之內所作的修改、改進和等同代換等均應包含在本發明的保護范圍之內。
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