CN110932330B - 一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法，其步骤如下：建立起非线性多机电力系统动力学方程；利用If‑Then建模规则建立多机电力系统的模糊状态模型；进而得到全局性的多机电力系统的模糊状态模型；构建模糊事件触发控制器；定义事件触发形式和触发条件；采用模糊事件触发控制器进行多机电力系统事件触发控制，本发明能够实现多机电力系统的高性能事件触发控制目标，满足电网运行的高安全性以及高可靠性，降低了控制方法对信息采样技术的要求，减少了系统采样的频率，提高了多机电力系统的可靠性和高效性。

Description

一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法

技术领域

本发明涉及智能电网技术领域，特别涉及一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法。

背景技术

电力系统稳定可靠的运行是保证电能传输与使用的前提，在实际的情况下大多数电力系统在运行中是经常经受各种随机性的扰动，又加上分布式清洁能源受天气、环境等外部因素影响较大具有很大的波动性、随机性、间歇性，当大量的分布式清洁能源并入电力系统后会对电网的稳定性带来一定影响，此外对于电力系统而言电动汽车在充电时作为负荷，而在运行时又可看作分布式电源，因此在电动汽车大规模集中进行充电时将会使电力系统负荷端用电量激增，而若在负荷高峰期间电动汽车大规模集中进行充电则会出现“峰上加峰”的情况，对电力系统的稳定极其不利，因此大规模分布式清洁能源并网和大量电动汽车集中充电都会对电力系统稳定性造成严重影响，所以迫切需要一种可以在分布式清洁能源并网和大规模电动汽车充电时有效提高电力系统稳定的控制方式。

在目前的智能电网建设中，存在很多的分布式微电网，而通信网络的带宽是有限的，在实际工程应用中，通常对每个分布式微电网信息进行高频等周期采样发送以达到设计控制器中信息连续传输的要求，对于分布式微电网越来越多的情况，这种过于传统的时间周期信息采集方式会使得网络通信压力增大，进而出现通信时滞及丢包，并最终导致控制任务的失败，严重影响分布式微电网与主电网的稳定与安全，如今，事件触发采样已经应用于电子、通信、自动化等多个技术领域，事件触发采样相比于传统事件周期采样可以降低采样频率并减少控制任务执行数量，将事件触发采样应用到非线性多机电力系统将会有非常实在的意义。

发明内容

鉴以此，本发明提出一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法，以解决非线性多机电力系统的建模和事件触发控制问题，实现多机电力系统的高性能事件触发控制目标，满足多机电力系统可靠、稳定的运行。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法，包括以下步骤：

步骤S1、建立非线性多机电力系统动力学方程；

步骤S2、建立多机电力系统的模糊状态模型；

步骤S3、得到多机电力系统的全局性模糊状态模型；

步骤S4、构建模糊事件触发控制器；

步骤S5、定义事件触发形式和触发条件；

步骤S6、采用模糊事件触发控制器进行多机电力系统的事件触发控制。

优选的，所述步骤S1采用动力学建立非线性多机电力系统动力学方程。

优选的，所述步骤S1的非线性多机电力系统动力学方程为：

其中δ_i(t)为第i台等值发电机q轴电势之间的相对角度，ω_i(t)为第i台发电机的转速，P_mi为第i台发电机机械功率，P_ei为第i台发电机有功功率，ω₀为同步角速度，E′_qj为第j机组同步机暂态电势，H_i为转动惯量，D_i为阻尼系数，B_ij为第i节点与第j节点间的互电纳，T_di为励磁时间常数，u_gi为第i台发电机高压油动机控制电信号，N为多机电力系统的子系统个数。

优选的，所述步骤S2的具体步骤为：对非线性多机电力系统动力学方程进行局部线性化后，利用If-Then建模规则建立非线性多机电力系统的模糊状态模型。

优选的，利用If-Then建模规则建立非线性多机电力系统的模糊状态模型的具体步骤为，根据If-Then建模规则获取第一模糊状态方程：

根据If-Then建模规则获取第二模糊状态方程：

其中x(t)＝[x₁(t)x₂(t)x₃(t)]^T，x₁(t)＝δ_i(t)，x₂(t)＝ω_i(t)，x₃(t)＝P_mi(t)，

隶属度函数：

优选的，所述步骤S3的具体步骤为：根据第一模糊状态方程和第二模糊状态方程得到全局性模糊状态模型：

优选的，所述步骤S4构建模糊事件触发控制器的具体步骤为：采用并行分布补偿技术构建模糊事件触发控制器：

其中K_ih为对应模糊规则的1*3维控制静态增益反馈矩阵。

优选的，所述步骤S5中的事件触发形式为：

e_i(t)＝x_i(t_k)-x_i(t)；

其中e_i(t)是i子系统的事件触发形式，k表示事件触发的次数，t_k为第k次事件触发的时间。

优选的，所述步骤S5中的触发条件为：

其中ρ为设定的无量纲数，用于调节触发条件，H_e和H_x为预先设定的矩阵。

优选的，所述步骤S6的具体步骤为：根据获得的模糊事件触发控制器，进行多机电力系统的在线控制，使闭环系统渐进稳定，并求得一组正定对称矩阵解P_i，使如下线性矩阵不等式成立：

其中Q_i＝P_i ^-1，H_ih＝K_ihQ_i，i＝1,2,3；i≠j，j＝1,2,3；j≠i，h＝1,2，K_i1、K_i2为对应相应模糊规则的1*3维控制增益矩阵，P_i为3*3维对称正定矩阵。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法，从多机电力系统的模糊建模和优化控制设计两个方面入手进行协调优化设计，能够实现多机电力系统的高性能事件触发控制目标，满足电网运行的高高效性以及高可靠性，同时该方法不需要获取多机电力系统精确的数学模型参数并且稳定性强，简易可行，完全满足多机电力系统在线事件触发控制的高效性要求，实现了提高多机电力系统的稳定性和高效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法的流程图；

图2为本发明的控制方法投入后的三机电力系统子系统1的状态响应；

图3为本发明的控制方法投入后的三机电力系统子系统1的控制输入；

图4为本发明的控制方法投入后的三机电力系统子系统1的事件触发信号；

图5为本发明的控制方法投入后的三机电力系统子系统2的状态响应；

图6为本发明的控制方法投入后的三机电力系统子系统2的控制输入；

图7为本发明的控制方法投入后的三机电力系统子系统2的事件触发信号；

图8为本发明的控制方法投入后的三机电力系统子系统3的状态响应；

图9为本发明的控制方法投入后的三机电力系统子系统3的控制输入；

图10为本发明的控制方法投入后的三机电力系统子系统3的事件触发信号。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供一具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1，本发明提供的一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法，包括以下步骤：

步骤S1、建立非线性多机电力系统动力学方程；

步骤S2、建立多机电力系统的模糊状态模型；

步骤S3、得到多机电力系统的全局性模糊状态模型；

步骤S4、构建模糊事件触发控制器；

步骤S5、定义事件触发形式和触发条件；

步骤S6、采用模糊事件触发控制器进行多机电力系统的事件触发控制。

本实施例的一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法，应用于多机电力系统的控制，由于现今事件触发采样已用于电子、通信、自动化等多个技术领域，事件触发采样相比于传统时间周期采样可以降低采样频率，提高系统效率并减少控制人物执行数量，采用事件触发控制可以有效缓解信息通道的传输压力，并提高控制器使用寿命，即提高电力系统的稳定性，并带来一定的经济效益，为此，本实施例通过建立多机电力系统的全局性模糊状态模型，并以此来构建模糊事件触发控制器，通过定义事件触发形式和触发条件后，可以对多机电力系统进行事件触发控制，能够实现多机电力系统的高性能事件触发控制目标，满足电网运行的高安全性以及高可靠性，同时降低了对于信息采样技术的要求，减少系统采样的频率，提高多机电力系统的可靠性和高效性。

优选的，所述步骤S1采用动力学建立非线性多机电力系统动力学方程，非线性多机电力系统动力学方程为：

其中δ_i(t)为第i台等值发电机q轴电势之间的相对角度，单位为rad，ω_i(t)为第i台发电机的转速，单位为rad/s，P_mi为第i台发电机机械功率，P_ei为第i台发电机有功功率，ω₀为同步角速度，单位为rad/s，E′_qj为第j机组同步机暂态电势，H_i为转动惯量，单位为s，D_i为阻尼系数，B_ij为第i节点与第j节点间的互电纳，T_di为励磁时间常数，单位为s，u_gi为第i台发电机高压油动机控制电信号，N为多机电力系统的子系统个数。

采用动力学建立非线性多机电力系统动力学方程后，可以方便后续的线性化过程，其中线性化过程为：令x_i1(t)＝δ_i(t)，x_i2(t)＝ω_i(t)，x_i3(t)＝P_mi(t)，

u_gi(t)＝u_i(t)，将上述式子带入非线性动力学方程中，可获得如下非线性系统：

将上式中非线性项sin(x_i1-x_j1)在合适的工作点进行线性化处理，线性化后的模型由If-Then建模规则进行描述。

优选的，所述步骤S2的具体步骤为：利用If-Then建模规则建立非线性多机电力系统的模糊状态模型的具体步骤为，所述模糊规则包括第一模糊规则以及第二模糊规则，其中第一模糊规则为：当x₁₁、x₂₁、...、x_i1、x_N1是0时，根据所述第一模糊规则获得第一模糊状态方程：

第二模糊规则为：当x₁₁、...、x_(i-1)1、x_i1、x_(i+1)1、x_N1是

时，根据所述第二模糊规则获得的第二模糊状态方程为：

其中x_N1表示第N个子系统的第一规则，x(t)＝[x₁(t)x₂(t)x₃(t)]^T，x₁(t)＝δ_i(t)，x₂(t)＝ω_i(t)，x₃(t)＝P_mi(t)，

隶属度函数：

根据If-Then建模规则，可以得到步骤S3中的全局性模糊状态模型：

其中μ_il为归一化隶属度函数，具有如下特征：

μ_il(x_i(t))≥0，

α_il(x_i(t))≥0，

在状态完全可测的情况下，针对步骤S3中的全局性模糊状态方程，采用并行分布补偿(PDC)技术构建模糊事件触发控制器：

其中K_ih为对应模糊规则的1*3维控制静态增益反馈矩阵。

获取模糊事件触发控制器后，对其事件触发形式以及触发条件进行定义，其中事件触发形式为：

e_i(t)＝x_i(t_k)-x_i(t)；

e_i(t)是i子系统的事件触发形式，k表示事件触发的次数，t_k为第k次事件触发的时间；触发条件为：

其中ρ为设定的无量纲数，用于调节触发条件，H_e和H_x为预先设定的矩阵，在下述的实施例中，H_e＝K_ih，H_x＝P_i。

优选的，所述步骤S6的具体步骤为：根据获得的模糊事件触发控制器，根据事件触发形式以及触发条件，进行多机电力系统的在线控制，使闭环系统渐进稳定，并求得一组正定对称矩阵解P_i，使如下线性矩阵不等式成立：

其中Q_i＝P_i ^-1，H_ih＝K_ihQ_i，i＝1，2，3；i≠j，j＝1，2，3；j≠i，h＝1，2，K_i1、K_i2为对应相应模糊规则的1*3维控制增益矩阵，P_i为3*3维对称正定矩阵。

以下以含随机性干扰的三机电力系统来进行实验，即N＝3，其中选取的主要技术性能指标和设备参数为：H1＝47.28s，H₂＝12.8s，H₃＝6.02s，D₁＝D₂＝D₃＝1，ω₀＝314.16，E′_q1＝1.0566，E′_q2＝1.0502，E′_q3＝1.017，B₁₁＝0.2537，B₁₂＝0.1875，B₁₃＝0.4132，B₂₁＝0.1875，B₂₂＝0.3927，B₂₃＝0.2493，B₃₁＝0.4132，B₃₂＝0.2493，B₃₃＝0.0545，T_d1＝8.96s，T_d2＝6s，T_d3＝5.89s，步骤S2中相应的参数为：

B₁₁＝B₁₂＝[0 0 0.1116]^T，B₂₁＝B₂₂＝[0 0 0.1666]^T，B₃₁＝B₃₂＝[0 0 0.1698]^T；

模糊时间触发控制器中对应模糊规则的1*3维控制静态增益反馈矩阵：

K₁₁＝[-642.1366-357.8918-48.9625]，

K₁₂＝[-744.1162-398.4821-57.6433]，

K₂₁＝[-1085.2978-579.5364-95.5577]，

K₂₂＝[-1023.9939-493.9971-90.3225]，

K₃₁＝[-1940.7746-546.3342-47.3274]，

K₃₂＝[-1939.3680-546.0880-47.3052]，

根据上述的参数以及数据求得的正定对称矩阵：

结合上述参数数据以及图2-图10来论述本发明的有效性，其中图2、图5、图8分别为三机电力系统子系统1、子系统2、子系统3的状态响应曲线，图3、图6、图9分别为三机电力系统子系统1、子系统2、子系统3的控制输入曲线，图4、图7、图10分别为三机电力系统子系统1、子系统2、子系统3的事件触发信号曲线，设定子系统1初始条件为x₀＝[0.124 0.1670.121]^T，ρ＝900，由图2-图4可看出在1s之后各参数波动幅度明显下降，趋于稳定，2s之后各参数已基本稳定；设定子系统2初始条件为x₀＝[0.214 0.312 0.132]^T，ρ＝400，由图5-图7可看出在0.5s之后各参数波动幅度明显下降，趋于稳定，1s之后各参数已基本稳定；设定子系统3初始条件为x₀＝[0.021 0.012 0.041]^T，ρ＝800，由图8-图10可看出在1.5s之后各参数波动幅度明显下降，趋于稳定，2s之后各参数已基本稳定，同时由图4、图7、图10可以看出在事件触发的作用下，当实际值超过预设值时系统会进行信息采集，同时系统会自动调节进行有效控制。

综上数据以及曲线图可以证明本发明所述方法减少了多机电力系统采样频率，最终改善了电力系统的信息采样效率，实现了提高电力系统高效性与可靠性的目标。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、建立非线性多机电力系统动力学方程；

步骤S2、建立多机电力系统的模糊状态模型；

步骤S3、得到多机电力系统的全局性模糊状态模型；

步骤S4、构建模糊事件触发控制器；

步骤S5、定义事件触发形式和触发条件；

步骤S6、采用模糊事件触发控制器进行多机电力系统的事件触发控制；

所述步骤S2的具体步骤为：对非线性多机电力系统动力学方程进行局部线性化后，利用If-Then建模规则建立非线性多机电力系统的模糊状态模型；

利用If-Then建模规则建立非线性多机电力系统的模糊状态模型的具体步骤为，根据If-Then建模规则获取第一模糊状态方程：

根据If-Then建模规则获取第二模糊状态方程：

其中x(t)＝[x₁(t)x₂(t)x₃(t)]^T，x₁(t)＝δ_i(t)，x₂(t)＝ω_i(t)，x₃(t)＝P_mi(t)，

隶属度函数：

所述步骤S3的具体步骤为：根据第一模糊状态方程和第二模糊状态方程得到全局性模糊状态模型：

所述步骤S4构建模糊事件触发控制器的具体步骤为：采用并行分布补偿技术构建模糊事件触发控制器：

其中K_ih为对应模糊规则的1*3维控制静态增益反馈矩阵；

所述步骤S6的具体步骤为：根据获得的模糊事件触发控制器，进行多机电力系统的在线控制，使闭环系统渐进稳定，并求得一组正定对称矩阵解P_i，使如下线性矩阵不等式成立：

其中Q_i＝P_i ^-1，H_ih＝K_ihQ_i，i＝1，2，3；i≠j，j＝1，2，3；j≠i，h＝1，2，K_i1、K_i2为对应相应模糊规则的1*3维控制增益矩阵，P_i为3*3维对称正定矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法，其特征在于，所述步骤S1采用动力学建立非线性多机电力系统动力学方程。

3.根据权利要求2所述的一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法，其特征在于，所述步骤S1的非线性多机电力系统动力学方程为：

其中δ_i(t)为第i台等值发电机q轴电势之间的相对角度，ω_i(t)为第i台发电机的转速，P_mi为第i台发电机机械功率，P_ei为第i台发电机有功功率，ω₀为同步角速度，E′_qj为第j机组同步机暂态电势，H_i为转动惯量，D_i为阻尼系数，B_ij为第i节点与第j节点间的互电纳，T_di为励磁时间常数，u_gi为第i台发电机高压油动机控制电信号，N为多机电力系统的子系统个数。

4.根据权利要求1所述的一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法，其特征在于，所述步骤S5中的事件触发形式为：

e_i(t)＝x_i(t_k)-x_i(t)；

其中e_i(t)是i子系统的事件触发形式，k表示事件触发的次数，t_k为第k次事件触发的时间。

5.根据权利要求4所述的一种非线性多机电力系统的事件触发控制方法，其特征在于，所述步骤S5中的触发条件为：

其中ρ为设定的无量纲数，用于调节触发条件，H_e和H_x为预先设定的矩阵。

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