CN116203845A - 一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法及系统 - Google Patents

一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法及系统 Download PDF

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CN116203845A CN202310217792.7A CN202310217792A CN116203845A CN 116203845 A CN116203845 A CN 116203845A CN 202310217792 A CN202310217792 A CN 202310217792A CN 116203845 A CN116203845 A CN 116203845A
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Abstract

本发明公开了一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法及系统，该配置方法通过灰狼算法优化求解满足风机参与电力系统调频模型或参数和外部扰动不确定性影响的鲁棒风机频率响应控制器配置时的加权函数参数，从而快速得到满足鲁棒风机频率响应控制器配置要求的加权函数，保证所配置的风机频率响应控制器在风电参与电网调频系统出现扰动和不确定性时的鲁棒特性。该方法可使没有相关加权函数配置经验人员能够快速得到鲁棒风机频率响应控制所需的最优加权函数，更有利于鲁棒风机频率响应控制器配置与应用。

Description

一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法及系统
技术领域
本申请涉及风机频率响应控制器技术领域，具体涉及一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法及系统。
背景技术
鲁棒控制算法可以保证系统在模型、参数以及外部扰动不确定时的鲁棒特性，弥补了传统控制器配置时对精确模型的依赖。在配置鲁棒控制器时，加权函数的选取决定了鲁棒控制器的控制效果，采用最优加权函数能够更好的保证控制器的鲁棒特性。
随着各国电网开始对风力发电系统提出参与电网调频要求，对风机频率响应控制器的开展了大量研究。由于风机本身与电网频率不耦合，无法像传统同步发电机一样对电网频率改变进行响应，研究提出可通过附加频率响应控制器来使风机参与电网调频。
现有风机频率响应控制器多采用PD方法来配置，控制器参数根据经验进行选取，无法保证控制器特性。且当参数选择不合理时，有可能对系统带来新的低频振荡的风险，影响风机参与电力系统调频的稳定性。
另外风电发电功率受到风速的影响，风力发电不确定性高，应考虑配置鲁棒风机频率响应控制器。鲁棒频率响应控制器配置时，加权函数的选取会直接影响到在存在扰动和模型等不确定时对频率和用于电网频率支撑风机有功功率的鲁棒特性。现有研究多根据经验配置加权函数，所选取的加权函数局限性高，需要进行大量的仿真验证控制有效性，实际应用性低。对采用粒子群算法对加权函数进行优化求解时，由于粒子群算法受到学习因子、速度和方向的限制，粒子群算法求解配置加权函数时易陷入到局部最优。同时，粒子群算法需要采用大量的粒子种群进行寻优，计算速度降低。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法及系统，针对风机参与电力系统调频时由于存在风电系统模型或参数和外部扰动的不确定性的问题，配置风机频率响应控制器来确保风机对电网频率支撑的鲁棒稳定，通过求解风机频率响应控制器配置时所需的加权函数，提出的鲁棒风机频率响应控制器优化配置方法。
为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：
第一方面，本申请提供一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法，所述风机频率响应控制器配置方法包括：
根据预设的适应度函数，在初始虚拟灰狼种群内选取多个虚拟灰狼，所述初始虚拟灰狼种群根据所述灰狼算法的优化系数随机生成；
执行迭代操作，所述迭代操作包括更新所述灰狼算法的收敛因子以及系数向量，根据更新后的所述收敛因子、更新后的所述系数向量、当前灰狼虚拟体的位置信息、当前每个所述虚拟灰狼的位置信息，更新所述灰狼虚拟体的位置信息，初始所述灰狼虚拟体根据风机频率响应控制器加权函数的参数得到；
根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到风机频率响应控制器的多个加权函数；
根据多个所述加权函数配置所述风机频率响应控制器。
优选地，所述根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到风机频率响应控制器的多个加权函数，包括：
根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到最优灰狼虚拟体；
根据所述最优灰狼虚拟体得到所述加权函数的最优参数；
根据所述最优参数得到第一加权函数以及第二加权函数。
优选地，所述风机频率响应控制器配置方法还包括：
判断所述初始虚拟灰狼种群内每只虚拟灰狼是否满足多个预设的约束条件；
若每只所述虚拟灰狼不满足多个所述约束条件，则根据所述约束条件更新所述初始虚拟灰狼种群。
优选地，所述风机频率响应控制器配置方法还包括：
根据所述加权函数的参数，得到所述适应度函数，所述参数包括增益、频率、阻尼比以及恒定增益。
优选地，所述根据所述加权函数的参数，得到所述适应度函数，包括：
根据所述增益、频率以及阻尼比，得到第一加权函数以及第二加权函数；
根据所述恒定增益，得到所述第二加权函数；
根据所述第一加权函数、所述第二加权函数以及所述风机频率响应控制器的灵敏度，得到所述适应度函数。
优选地，所述风机频率响应控制器配置方法还包括：
根据所述风机频率响应控制器的干扰强度、扰动振荡频率、阻尼比以及恒定增益，以及所述加权函数的适应度函数，得到多个所述约束条件。
优选地，所述根据所述风机频率响应控制器的干扰强度、扰动振荡频率、阻尼比以及恒定增益，以及所述加权函数的适应度函数，得到多个所述约束条件，包括：
根据所述风机频率响应控制器的干扰强度，得到所述第一加权函数的增益约束条件；
根据所述风机频率响应控制器的扰动振荡频率，得到所述第一加权函数的频率约束条件；
根据所述风机频率响应控制器振荡对应的阻尼比，得到所述第一加权函数的阻尼比约束条件；
根据所述恒定增益得到所述第二加权函数的增益约束条件；
根据所述适应度函数以及设定值，得到所述第一加权函数以及第二加权函数的适应度值约束条件。
第二方面，本申请提供一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置系统，所述风机频率响应控制器配置系统包括：
灰狼选取模块：根据预设的适应度函数，在初始虚拟灰狼种群内选取多个虚拟灰狼，所述初始虚拟灰狼种群根据所述灰狼算法的优化系数随机生成；
参数更新模块：执行迭代操作，所述迭代操作包括更新所述灰狼算法的收敛因子以及系数向量，根据更新后的所述收敛因子、更新后的所述系数向量、当前灰狼虚拟体的位置信息、当前每个所述虚拟灰狼的位置信息，更新所述灰狼虚拟体的位置信息，初始所述灰狼虚拟体根据风机频率响应控制器加权函数的参数得到，所述参数包括增益、频率、阻尼比以及恒定增益；
加权函数模块：根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到风机频率响应控制器的多个加权函数；
控制器配置模块：根据多个所述加权函数配置所述风机频率响应控制器。
同时，本发明还提供一种计算机设备，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，处理器执行计算机程序时实现上述方法。
同时，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
由上述技术方案可知，本申请提供的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法及系统，该配置方法通过灰狼算法优化求解满足风机参与电力系统模型或参数和外部扰动不确定性影响的鲁棒风机频率响应控制器配置时的加权函数参数，从而快速得到满足鲁棒风机频率响应控制器配置要求的加权函数，保证所配置的风机频率响应控制器在风电参与电网调频系统出现扰动和不确定性时的鲁棒特性。该方法可使没有相关加权函数配置经验人员能够快速得到鲁棒风机频率响应控制所需的最优加权函数，更有利于鲁棒风机频率响应控制器配置与应用。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
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为本申请实施例中的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法的流程示意图。
图2为本申请实施例中的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法中风机频率响应控制器配置框架示意图。
图3为本申请实施例中的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法中灰狼算法流程示意图。
图4为本申请实施例中的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置系统的结构示意图。
图5为申请实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
考虑到现有风机频率响应控制器多采用PD方法来配置，控制器参数根据经验进行选取，无法保证控制器特性。且当参数选择不合理时，有可能对系统带来新的低频振荡的风险，影响风机参与电力系统调频的稳定性，本申请提供一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法、系统、电子设备和计算机可读存储介质，针对风机参与电力系统调频时由于存在风电系统模型或参数和外部扰动的不确定性的问题，配置风机频率响应控制器来确保风机对电网频率支撑的鲁棒稳定，通过求解风机频率响应控制器配置时所需的加权函数，提出的鲁棒风机频率响应控制器优化配置方法。
基于上述内容，本申请还提供一种用于实现本申请一个或多个实施例中提供的风机频率响应控制器配置方法的风机频率响应控制器配置装置，该风机频率响应控制器配置装置可以与用户客户端设备之间通信连接，所述用户客户终端设备可以设有多个，风机频率响应控制器配置装置具体可以通过应用服务器访问所述客户终端设备。
其中，所述风机频率响应控制器配置装置可以自客户终端设备接收风机频率响应控制器配置指令，并自该风机频率响应控制器配置指令中获取风机频率响应控制器加权函数的参数，所述风机频率响应控制器配置装置根据加权函数的参数，将加权函数的参数作为灰狼虚拟体输入风机频率响应控制器配置系统，所述风机频率响应控制器配置装置输出加权函数，根据加权函数配置风机频率响应控制器，而后，所述风机频率响应控制器配置装置可以将风机频率响应控制器的配置方案发送至客户端设备进行显示，以使用户根据客户端设备获得风机频率响应控制器配置方案。
可以理解的是，所述客户端设备可以包括智能手机、平板电子设备、便携式计算机、台式电脑以及个人数字助理(PDA)等。
在另一实际应用情形中，进行风机频率响应控制器配置的部分可以在如上述内容所述的分类处理中心执行，也可以所有的操作都在所述客户端设备中完成。具体可以根据所述客户端设备的处理能力，以及用户使用场景的限制等进行选择。本申请对此不作限定。若所有的操作都在所述客户端设备中完成，所述客户端设备还可以包括处理器，用于进行风机频率响应控制器配置的具体处理。
上述的客户端设备可以具有通信模块(即通信单元)，可以与远程的服务器进行通信连接，实现与所述服务器的数据传输。例如，通信单元可以将风机频率响应控制器配置指令发送至分类处理中心的服务器，以便服务器根据风机频率响应控制器配置指令进行风机频率响应控制器配置处理。通信单元还可以接收服务器返回的风机频率响应控制器配置方案。所述服务器可以包括任务调度中心一侧的服务器，其他的实施场景中也可以包括中间平台的服务器，例如与任务调度中心服务器有通信链接的第三方服务器平台的服务器。所述的服务器可以包括单台计算机设备，也可以包括多个服务器组成的服务器集群，或者分布式装置的服务器结构。
上述服务器与所述客户端设备之间可以使用任何合适的网络协议进行通信，包括在本申请提交日尚未开发出的网络协议。所述网络协议例如可以包括TCP/IP协议、UDP/IP协议、HTTP协议、HTTPS协议等。当然，所述网络协议例如还可以包括在上述协议之上使用的RPC协议(Remote Procedure Call Protocol，远程过程调用协议)、REST协议(Representational State Transfer，表述性状态转移协议)等。
本申请提供的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法、系统、电子设备和计算机可读存储介质，该配置方法通过灰狼算法优化求解满足风机参与电力系统模型或参数和外部扰动不确定性影响的鲁棒风机频率响应控制器配置时的加权函数参数，从而快速得到满足鲁棒风机频率响应控制器配置要求的加权函数，保证所配置的风机频率响应控制器在风电参与电网调频系统出现扰动和不确定性时的鲁棒特性。该方法可使没有相关加权函数配置经验人员能够快速得到鲁棒风机频率响应控制所需的最优加权函数，更有利于鲁棒风机频率响应控制器配置与应用。
具体通过下述多个实施例及应用实例分别进行说明。
为了解决当前风机频率响应控制器参数根据经验选取，无法保证控制器特性，且当参数选择不合理时，有可能对系统带来新的低频振荡的风险，影响风机参与电力系统调频的稳定性的问题，本申请提供一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法的实施例，参见图1，所述风机频率响应控制器配置方法具体包括有如下内容：
步骤100：根据预设的适应度函数，在初始虚拟灰狼种群内选取多个虚拟灰狼，所述初始虚拟灰狼种群根据所述灰狼算法的优化系数随机生成；
可以理解的是，灰狼优化算法具有求解速度高、不易陷入局部最优等优点，在进行优化求解时，通过模拟灰狼捕食行为，在优化求解中选取并保存最优前三适应度值对应的灰狼，其余灰狼不断向前三靠近并捕猎找到全局最优值。初始化灰狼算法参数，其中包括搜索虚拟灰狼数、最大迭代循环次数、种群数、优化系数上下界，并在优化系数上下界范围内随机生成初始搜索虚拟灰狼种群。
步骤200：执行迭代操作，所述迭代操作包括更新所述灰狼算法的收敛因子以及系数向量，根据更新后的所述收敛因子、更新后的所述系数向量、当前灰狼虚拟体的位置信息、当前每个所述虚拟灰狼的位置信息，更新所述灰狼虚拟体的位置信息，初始所述灰狼虚拟体根据风机频率响应控制器加权函数的参数得到；
可以理解的是，根据风机参与电力系统调频模型及风机频率响应控制器配置加权函数，并应用灰狼算法优化求解满足风机频率响应控制器鲁棒性的加权函数参数及鲁棒风机频率响应控制器。
加权函数对鲁棒风机频率响应控制器的调频效果具有重要影响，针对标准的H∞混合灵敏度配置，配置提出加权函数的传递函数表达式为
Figure BDA0004115576850000081
W2＝K2 (2)
灰狼虚拟体由加权函数参数K1、ω1、ζ1、K2组成，参数包括增益、频率、阻尼比以及恒定增益，灰狼算法每次迭代循环，先更新收敛因子以及系数向量，收敛因子以及系数向量可用于增加灰狼位置的随机性，根据收敛因子以及系数向量，结合当前灰狼虚拟体的位置信息以及虚拟灰狼种群位置信息，对灰狼虚拟体进行更新，灰狼算法每次迭代循环都会得到一个灰狼虚拟体，直到灰狼算法迭代循环达到设定次数。
步骤300：根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到风机频率响应控制器的多个加权函数；
可以理解的是，根据灰狼虚拟体的位置信息得到加权函数的参数，进而根据参数得到加权函数。
步骤400：根据多个所述加权函数配置所述风机频率响应控制器。
从上述描述可知，本申请实施例提供的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法，该配置方法通过灰狼算法优化求解满足风机参与电力系统模型或参数和外部扰动不确定性影响的鲁棒风机频率响应控制器配置时的加权函数参数，从而快速得到满足鲁棒风机频率响应控制器配置要求的加权函数，保证所配置的风机频率响应控制器在风电参与电网调频系统出现扰动和不确定性时的鲁棒特性。该方法可使没有相关加权函数配置经验人员能够快速得到鲁棒风机频率响应控制所需的最优加权函数，更有利于鲁棒风机频率响应控制器配置与应用。
在本申请提供的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法的一个实施例中，所述根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到风机频率响应控制器的多个加权函数，包括：
根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到最优灰狼虚拟体；
根据所述最优灰狼虚拟体得到所述加权函数的最优参数；
根据所述最优参数得到第一加权函数以及第二加权函数。
在本实施例中，K1、ω1、ζ1分别为加权函数W1的增益、频率和阻尼比；加权函数W2选取恒定增益K2。灰狼算法每次迭代循环均会对灰狼虚拟体的位置进行更新，得到一个新的灰狼虚拟体，在多个灰狼虚拟体中得到最优的灰狼虚拟体，进而根据最优灰狼虚拟体得到加权函数的参数，其中，根据增益、频率以及阻尼比得到第一加权函数W1，根据恒定增益得到第二加权函数W2。
在本申请提供的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法的一个实施例中，所述风机频率响应控制器配置方法还包括：
判断所述初始虚拟灰狼种群内每只虚拟灰狼是否满足多个预设的约束条件；
若每只所述虚拟灰狼不满足多个所述约束条件，则根据所述约束条件更新所述初始虚拟灰狼种群。
在本实施例中，初始虚拟灰狼种群是在优化系数上下界范围内随机生成的，需要判断初始虚拟灰狼种群内每个虚拟灰狼是否满足约束条件，若不满足则根据相应约束条件更新初始虚拟灰狼种群。
在本申请提供的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法的一个实施例中，所述风机频率响应控制器配置方法还包括：
根据所述加权函数的参数，得到所述适应度函数，所述参数包括增益、频率、阻尼比以及恒定增益。
在本实施例中，参见图2，u为风机参与电网调频系统线性化输入量，为风机用于支撑电网频率的有功功率ΔP；y为风机参与电网调频系统线性化输出量，为风机并网点检测到的电网频率偏差Δf；K为需配置的鲁棒频率响应控制器；灵敏度函数S＝(I-GK)-1和依赖于输入信号的函数KS通过加权函数W1、W2的抑制作用以确保外部扰动对频率和调频有功功率在系统模型或参数不确定时的鲁棒性。所配置鲁棒风机频率响应控制器K应满足下列不等式：
Figure BDA0004115576850000101
式中，|| ||∞符号由于描述无穷范数，γ0为正定常数。
本申请配置通过利用灰狼算法，优化求解得到满足最大化鲁棒风机频率响应控制器配置H∞范数的加权函数参数最优值。灰狼算法优化目标为最大化适应度函数fit：
max(fit) (4)
式中，
Figure BDA0004115576850000111
在本申请提供的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法的一个实施例中，所述风机频率响应控制器配置方法还包括：
根据所述风机频率响应控制器的干扰强度、扰动振荡频率、阻尼比以及恒定增益，以及所述加权函数的适应度函数，得到多个所述约束条件。
在本实施例中，K1的上下界根据要抑制的干扰强度来决定；ω1的上下界由扰动振荡频率决定，ζ1为振荡所对应的阻尼比；K2取大于0增益值。
即求解约束条件为：
Figure BDA0004115576850000112
K1,min<K1<K1,max (6)
ω1,min<ω1<ω1,max (7)
ζ1,min<ζ1<ζ1,max (8)
0<K2<K2,max (9)
下面结合图3，对本申请实施例提供的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法中灰狼算法的过程进行具体说明：
(1)建立以K1、ω1、ζ1、K2加权函数参数组成的灰狼个体
(2)初始化灰狼算法参数，其中包括搜索灰狼数、最大迭代循环次数、种群数、优化系数上下界，并在优化系数上下界范围内随机生成初始搜索灰狼种群；
(3)根据优化目标计算每只搜索灰狼的适应度值fit(i)，并选取最优的多个搜索灰狼记为a、b、c；
(4)判断当前灰狼是否满足约束条件(5)-(9)，若是则继续，若否则根据相应约束条件更新灰狼位置；
(5)根据当前迭代次数更新收敛因子、系数向量；系数向量
Figure BDA0004115576850000113
和/>
Figure BDA0004115576850000114
通过以下两式计算：
Figure BDA0004115576850000121
Figure BDA0004115576850000122
式中，
Figure BDA0004115576850000123
为收敛因子，在迭代过程中从2线性减少到0；/>
Figure BDA0004115576850000124
是[0,1]中的随机向量。
(6)根据更新后的系数向量，更新前三灰狼与猎物距离、搜索灰狼下一步向前三灰狼靠近位置；
Figure BDA0004115576850000125
Figure BDA0004115576850000126
Figure BDA0004115576850000127
Figure BDA0004115576850000128
Figure BDA0004115576850000129
Figure BDA00041155768500001210
Figure BDA00041155768500001211
式中，
Figure BDA00041155768500001212
和/>
Figure BDA00041155768500001213
分别表示a、b、c与其他灰狼个体的距离；/>
Figure BDA00041155768500001214
表示a、b、c的当前位置；/>
Figure BDA00041155768500001215
为随机向量；/>
Figure BDA00041155768500001216
为当前灰狼位置；/>
Figure BDA00041155768500001217
Figure BDA00041155768500001218
描述了搜索狼d向a、b、c靠近的位置，/>
Figure BDA00041155768500001219
给出了个体灰狼d的最终位置。
(7)判断当前迭代寻优是否达到最大迭代次数，如是则结束循环；如否则返回步骤3。
从上述描述可知，本申请提供的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法，该配置方法通过灰狼算法优化求解满足风机参与电力系统模型或参数和外部扰动不确定性影响的鲁棒风机频率响应控制器配置时的加权函数参数，从而快速得到满足鲁棒风机频率响应控制器配置要求的加权函数，保证所配置的风机频率响应控制器在风电参与电网调频系统出现扰动和不确定性时的鲁棒特性。该方法可使没有相关加权函数配置经验人员能够快速得到鲁棒风机频率响应控制所需的最优加权函数，更有利于鲁棒风机频率响应控制器配置与应用。
第二方面，为了解决当前风机频率响应控制器参数根据经验选取，无法保证控制器特性，且当参数选择不合理时，有可能对系统带来新的低频振荡的风险，影响风机参与电力系统调频的稳定性的问题，本申请提供一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置系统的实施例，参见图4，所述风机频率响应控制器配置系统具体包含有如下内容：
灰狼选取模块01：根据预设的适应度函数，在初始虚拟灰狼种群内选取多个虚拟灰狼，所述初始虚拟灰狼种群根据所述灰狼算法的优化系数随机生成；
参数更新模块02：执行迭代操作，所述迭代操作包括更新所述灰狼算法的收敛因子以及系数向量，根据更新后的所述收敛因子、更新后的所述系数向量、当前灰狼虚拟体的位置信息、当前每个所述虚拟灰狼的位置信息，更新所述灰狼虚拟体的位置信息，初始所述灰狼虚拟体根据风机频率响应控制器加权函数的参数得到，所述参数包括增益、频率、阻尼比以及恒定增益；
加权函数模块03：根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到风机频率响应控制器的多个加权函数；
控制器配置模块04：根据多个所述加权函数配置所述风机频率响应控制器。
在本实施例中，灰狼优化算法具有求解速度高、不易陷入局部最优等优点，在进行优化求解时，通过模拟灰狼捕食行为，在优化求解中选取并保存最优前三适应度值对应的灰狼，其余灰狼不断向前三靠近并捕猎找到全局最优值。灰狼选取模块01初始化灰狼算法参数，其中包括搜索虚拟灰狼数、最大迭代循环次数、种群数、优化系数上下界，并在优化系数上下界范围内随机生成初始搜索虚拟灰狼种群，同时，灰狼选取模块01根据适度函数在初始搜索虚拟灰狼种群内选取多个虚拟灰狼。
参数更新模块02建立以K1、ω1、ζ1、K2加权函数参数组成的灰狼虚拟体，参数更新模块02每次迭代循环，先更新收敛因子以及系数向量，收敛因子以及系数向量可用于增加灰狼位置的随机性，参数更新模块02根据收敛因子以及系数向量，结合当前灰狼虚拟体的位置信息以及虚拟灰狼种群位置信息，对灰狼虚拟体进行更新，参数更新模块02每次迭代循环都会得到一个灰狼虚拟体，直到迭代循环达到灰狼算法设定次数。参数更新模块02将每次迭代得到的灰狼虚拟体的位置信息传输至加权函数模块03。
加权函数模块03在多个灰狼虚拟体中得到最优的灰狼虚拟体，进而根据最优灰狼虚拟体得到加权函数的参数，并根据加权函数的参数得到加权函数，加权函数模块03将加权函数传输至控制器配置模块04，控制器配置模块04根据加权函数对风机频率响应控制器进行配置。
从上述描述可知，本申请实施例提供的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置系统，该系统通过灰狼算法优化求解满足风机参与电力系统模型或参数和外部扰动不确定性影响的鲁棒风机频率响应控制器配置时的加权函数参数，从而快速得到满足鲁棒风机频率响应控制器配置要求的加权函数，保证所配置的风机频率响应控制器在风电参与电网调频系统出现扰动和不确定性时的鲁棒特性。该系统可使没有相关加权函数配置经验人员能够快速得到鲁棒风机频率响应控制所需的最优加权函数，更有利于鲁棒风机频率响应控制器配置与应用。
下面结合图3，对本申请实施例提供的一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置系统中灰狼算法过程进行具体说明：
(1)建立以K1、ω1、ζ1、K2加权函数参数组成的灰狼个体
(2)初始化灰狼算法参数，其中包括搜索灰狼数、最大迭代循环次数、种群数、优化系数上下界，并在优化系数上下界范围内随机生成初始搜索灰狼种群；
(3)根据优化目标计算每只搜索灰狼的适应度值fit(i)，并选取最优的多个搜索灰狼记为a、b、c；
(4)判断当前灰狼是否满足约束条件(5)-(9)，若是则继续，若否则根据相应约束条件更新灰狼位置；
(5)根据当前迭代次数更新收敛因子、系数向量；系数向量
Figure BDA0004115576850000141
和/>
Figure BDA0004115576850000142
通过以下两式计算：
Figure BDA0004115576850000151
Figure BDA0004115576850000152
式中，
Figure BDA0004115576850000153
为收敛因子，在迭代过程中从2线性减少到0；/>
Figure BDA0004115576850000154
是[0,1]中的随机向量。
(6)根据更新后的系数向量，更新前三灰狼与猎物距离、搜索灰狼下一步向前三灰狼靠近位置；
Figure BDA0004115576850000155
Figure BDA0004115576850000156
Figure BDA0004115576850000157
Figure BDA0004115576850000158
Figure BDA0004115576850000159
Figure BDA00041155768500001510
Figure BDA00041155768500001511
式中，
Figure BDA00041155768500001512
和/>
Figure BDA00041155768500001513
分别表示a、b、c与其他灰狼个体的距离；/>
Figure BDA00041155768500001514
表示a、b、c的当前位置；/>
Figure BDA00041155768500001515
为随机向量；/>
Figure BDA00041155768500001516
为当前灰狼位置；/>
Figure BDA00041155768500001517
Figure BDA00041155768500001518
描述了搜索狼d向a、b、c靠近的位置，/>
Figure BDA00041155768500001519
给出了个体灰狼d的最终位置。
(7)判断当前迭代寻优是否达到最大迭代次数，如是则结束循环；如否则返回步骤3。
从硬件层面来说，为了解决当前风机频率响应控制器参数根据经验选取，无法保证控制器特性，且当参数选择不合理时，有可能对系统带来新的低频振荡的风险，影响风机参与电力系统调频的稳定性的问题，本申请提供一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法中的全部或部分内容的电子设备的实施例，所述电子设备具体包含有如下内容：
图5为本申请实施例的电子设备9600的系统构成的示意框图。如图5所示，该电子设备9600可以包括中央处理器9100和存储器9140；存储器9140耦合到中央处理器9100。值得注意的是，该图5是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。
在一实施例中，风机频率响应控制器配置功能可以被集成到中央处理器中。其中，中央处理器可以被配置为进行如下控制：
步骤100：根据预设的适应度函数，在初始虚拟灰狼种群内选取多个虚拟灰狼，所述初始虚拟灰狼种群根据所述灰狼算法的优化系数随机生成；
可以理解的是，灰狼优化算法具有求解速度高、不易陷入局部最优等优点，在进行优化求解时，通过模拟灰狼捕食行为，在优化求解中选取并保存最优前三适应度值对应的灰狼，其余灰狼不断向前三靠近并捕猎找到全局最优值。初始化灰狼算法参数，其中包括搜索虚拟灰狼数、最大迭代循环次数、种群数、优化系数上下界，并在优化系数上下界范围内随机生成初始搜索虚拟灰狼种群。
步骤200：执行迭代操作，所述迭代操作包括更新所述灰狼算法的收敛因子以及系数向量，根据更新后的所述收敛因子、更新后的所述系数向量、当前灰狼虚拟体的位置信息、当前每个所述虚拟灰狼的位置信息，更新所述灰狼虚拟体的位置信息，初始所述灰狼虚拟体根据风机频率响应控制器加权函数的参数得到；
可以理解的是，根据风机参与电力系统调频模型及风机频率响应控制器配置加权函数，并应用灰狼算法优化求解满足风机频率响应控制器鲁棒性的加权函数参数及鲁棒风机频率响应控制器。
加权函数对鲁棒风机频率响应控制器的调频效果具有重要影响，针对标准的H∞混合灵敏度配置，配置提出加权函数的传递函数表达式为
Figure BDA0004115576850000161
W2＝K2 (11)
灰狼虚拟体由加权函数参数K1、ω1、ζ1、K2组成，参数包括增益、频率、阻尼比以及恒定增益，灰狼算法每次迭代循环，先更新收敛因子以及系数向量，收敛因子以及系数向量可用于增加灰狼位置的随机性，根据收敛因子以及系数向量，结合当前灰狼虚拟体的位置信息以及虚拟灰狼种群位置信息，对灰狼虚拟体进行更新，灰狼算法每次迭代循环都会得到一个灰狼虚拟体，直到灰狼算法迭代循环达到设定次数。
步骤300：根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到风机频率响应控制器的多个加权函数；
可以理解的是，根据灰狼虚拟体的位置信息得到加权函数的参数，进而根据参数得到加权函数。
步骤400：根据多个所述加权函数配置所述风机频率响应控制器。
从上述描述可知，本申请实施例提供的一种电子设备，该配置方法通过灰狼算法优化求解满足风机参与电力系统模型或参数和外部扰动不确定性影响的鲁棒风机频率响应控制器配置时的加权函数参数，从而快速得到满足鲁棒风机频率响应控制器配置要求的加权函数，保证所配置的风机频率响应控制器在风电参与电网调频系统出现扰动和不确定性时的鲁棒特性。该方法可使没有相关加权函数配置经验人员能够快速得到鲁棒风机频率响应控制所需的最优加权函数，更有利于鲁棒风机频率响应控制器配置与应用。
在另一个实施方式中，风机频率响应控制器配置装置可以与中央处理器9100分开配置，例如可以将风机频率响应控制器配置装置配置为与中央处理器9100连接的芯片，通过中央处理器的控制来实现风机频率响应控制器配置功能。
如图5所示，该电子设备9600还可以包括：通信模块9110、输入单元9120、音频处理器9130、显示器9160、电源9170。值得注意的是，电子设备9600也并不是必须要包括图5中所示的所有部件；此外，电子设备9600还可以包括图5中没有示出的部件，可以参考现有技术。
如图5所示，中央处理器9100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器9100接收输入并控制电子设备9600的各个部件的操作。
其中，存储器9140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器9100可执行该存储器9140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
输入单元9120向中央处理器9100提供输入。该输入单元9120例如为按键或触摸输入装置。电源9170用于向电子设备9600提供电力。显示器9160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器，但并不限于此。
该存储器9140可以是固态存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、SIM卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器9140还可以是某种其它类型的装置。存储器9140包括缓冲存储器9141(有时被称为缓冲器)。存储器9140可以包括应用/功能存储部9142，该应用/功能存储部9142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器9100执行电子设备9600的操作的流程。
存储器9140还可以包括数据存储部9143，该数据存储部9143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器9140的驱动程序存储部9144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
通信模块9110即为经由天线9111发送和接收信号的发送机/接收机9110。通信模块(发送机/接收机)9110耦合到中央处理器9100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块9110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)9110还经由音频处理器9130耦合到扬声器9131和麦克风9132，以经由扬声器9131提供音频输出，并接收来自麦克风9132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器9130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器9130还耦合到中央处理器9100，从而使得可以通过麦克风9132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器9131来播放本机上存储的声音。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的风机频率响应控制器配置方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的执行主体为服务器或客户端的风机频率响应控制器配置方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
步骤100：根据预设的适应度函数，在初始虚拟灰狼种群内选取多个虚拟灰狼，所述初始虚拟灰狼种群根据所述灰狼算法的优化系数随机生成；
可以理解的是，灰狼优化算法具有求解速度高、不易陷入局部最优等优点，在进行优化求解时，通过模拟灰狼捕食行为，在优化求解中选取并保存最优前三适应度值对应的灰狼，其余灰狼不断向前三靠近并捕猎找到全局最优值。初始化灰狼算法参数，其中包括搜索虚拟灰狼数、最大迭代循环次数、种群数、优化系数上下界，并在优化系数上下界范围内随机生成初始搜索虚拟灰狼种群。
步骤200：执行迭代操作，所述迭代操作包括更新所述灰狼算法的收敛因子以及系数向量，根据更新后的所述收敛因子、更新后的所述系数向量、当前灰狼虚拟体的位置信息、当前每个所述虚拟灰狼的位置信息，更新所述灰狼虚拟体的位置信息，初始所述灰狼虚拟体根据风机频率响应控制器加权函数的参数得到；
可以理解的是，根据风机参与电力系统调频模型及风机频率响应控制器配置加权函数，并应用灰狼算法优化求解满足风机频率响应控制器鲁棒性的加权函数参数及鲁棒风机频率响应控制器。
加权函数对鲁棒风机频率响应控制器的调频效果具有重要影响，针对标准的H∞混合灵敏度配置，配置提出加权函数的传递函数表达式为
Figure BDA0004115576850000191
W2＝K2 (13)
灰狼虚拟体由加权函数参数K1、ω1、ζ1、K2组成，参数包括增益、频率、阻尼比以及恒定增益，灰狼算法每次迭代循环，先更新收敛因子以及系数向量，收敛因子以及系数向量可用于增加灰狼位置的随机性，根据收敛因子以及系数向量，结合当前灰狼虚拟体的位置信息以及虚拟灰狼种群位置信息，对灰狼虚拟体进行更新，灰狼算法每次迭代循环都会得到一个灰狼虚拟体，直到灰狼算法迭代循环达到设定次数。
步骤300：根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到风机频率响应控制器的多个加权函数；
可以理解的是，根据灰狼虚拟体的位置信息得到加权函数的参数，进而根据参数得到加权函数。
步骤400：根据多个所述加权函数配置所述风机频率响应控制器。
从上述描述可知，本申请实施例提供的一种计算机可读存储介质，该配置方法通过灰狼算法优化求解满足风机参与电力系统模型或参数和外部扰动不确定性影响的鲁棒风机频率响应控制器配置时的加权函数参数，从而快速得到满足鲁棒风机频率响应控制器配置要求的加权函数，保证所配置的风机频率响应控制器在风电参与电网调频系统出现扰动和不确定性时的鲁棒特性。该方法可使没有相关加权函数配置经验人员能够快速得到鲁棒风机频率响应控制所需的最优加权函数，更有利于鲁棒风机频率响应控制器配置与应用。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(装置)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置方法，其特征在于，包括：
根据预设的适应度函数，在初始虚拟灰狼种群内选取多个虚拟灰狼，所述初始虚拟灰狼种群根据所述灰狼算法的优化系数随机生成；
执行迭代操作，所述迭代操作包括更新所述灰狼算法的收敛因子以及系数向量，根据更新后的所述收敛因子、更新后的所述系数向量、当前灰狼虚拟体的位置信息、当前每个所述虚拟灰狼的位置信息，更新所述灰狼虚拟体的位置信息，初始所述灰狼虚拟体根据风机频率响应控制器加权函数的参数得到；
根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到风机频率响应控制器的多个加权函数；
根据多个所述加权函数配置所述风机频率响应控制器。
2.根据权利要求1所述的风机频率响应控制器配置方法，其特征在于，所述根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到风机频率响应控制器的多个加权函数，包括：
根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到最优灰狼虚拟体；
根据所述最优灰狼虚拟体得到所述加权函数的最优参数；
根据所述最优参数得到第一加权函数以及第二加权函数。
3.根据权利要求2所述的风机频率响应控制器配置方法，其特征在于，所述风机频率响应控制器配置方法还包括：
判断所述初始虚拟灰狼种群内每只虚拟灰狼是否满足多个预设的约束条件；
若每只所述虚拟灰狼不满足多个所述约束条件，则根据所述约束条件更新所述初始虚拟灰狼种群。
4.根据权利要求3所述的风机频率响应控制器配置方法，其特征在于，所述风机频率响应控制器配置方法还包括：
根据所述加权函数的参数，得到所述适应度函数，所述参数包括增益、频率、阻尼比以及恒定增益。
5.根据权利要求4所述的风机频率响应控制器配置方法，其特征在于，所述根据所述加权函数的参数，得到所述适应度函数，包括：
根据所述增益、频率以及阻尼比，得到第一加权函数；
根据所述恒定增益，得到所述第二加权函数；
根据所述第一加权函数、所述第二加权函数以及所述风机频率响应控制器的灵敏度，得到所述适应度函数。
6.根据权利要求3所述的风机频率响应控制器配置方法，其特征在于，所述风机频率响应控制器配置方法还包括：
根据所述风机频率响应控制器的干扰强度、扰动振荡频率、阻尼比以及恒定增益，以及所述加权函数的适应度函数，得到多个所述约束条件。
7.根据权利要求6所述的风机频率响应控制器配置方法，其特征在于，所述根据所述风机频率响应控制器的干扰强度、扰动振荡频率、阻尼比以及恒定增益，以及所述加权函数的适应度函数，得到多个所述约束条件，包括：
根据所述风机频率响应控制器的干扰强度，得到所述第一加权函数的增益约束条件；
根据所述风机频率响应控制器的扰动振荡频率，得到所述第一加权函数的频率约束条件；
根据所述风机频率响应控制器振荡所需的阻尼比，得到所述第一加权函数的阻尼比约束条件；
根据所述恒定增益得到所述第二加权函数的增益约束条件；
根据所述适应度函数以及设定值，得到所述第一加权函数以及第二加权函数的适应度值约束条件。
8.一种基于灰狼算法的风机频率响应控制器配置系统，其特征在于，包括：
灰狼选取模块：根据预设的适应度函数，在初始虚拟灰狼种群内选取多个虚拟灰狼，所述初始虚拟灰狼种群根据所述灰狼算法的优化系数随机生成；
参数更新模块：执行迭代操作，所述迭代操作包括更新所述灰狼算法的收敛因子以及系数向量，根据更新后的所述收敛因子、更新后的所述系数向量、当前灰狼虚拟体的位置信息、当前每个所述虚拟灰狼的位置信息，更新所述灰狼虚拟体的位置信息，初始所述灰狼虚拟体根据风机频率响应控制器加权函数的参数得到，所述参数包括增益、频率、阻尼比以及恒定增益；
加权函数模块：根据所有更新后的所述灰狼虚拟体的位置信息，得到风机频率响应控制器的多个加权函数；
控制器配置模块：根据多个所述加权函数配置所述风机频率响应控制器。
9.一种电子设备，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，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至7任一项所述的风机频率响应控制器配置方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述的风机频率响应控制器配置方法。
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