[发明专利]不确定电力系统的分散滑模负荷频率控制器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统控制器设计，特别涉及一种多域互联不确定电力系统的分散滑模负荷频率控制器设计方法。

背景技术

电力系统是一个大型互联的复杂系统，它的频率控制问题，特别是由于负荷的变化所引起的频率偏差，是一个非常重要的研究课题。将现代控制理论应用到互联电力系统中用来解决负荷频率控制问题，近年来得到了广泛的研究，并且得到了丰硕的成果。但是一般的负荷频率控制器是通过工程试验得到的比例积分型控制器，当系统中存在不确定性和干扰时，所设计的控制器不能保证系统具有稳定性和良好的动态性能。为了使得系统能够保持在标准的工作点，基于最优控制理论，各种不同类型的鲁棒控制器得到了学者们的深入研究。

为了解决电力系统中存在的参数不确定项问题，变结构控制是一种比较有效的控制方法。变结构控制能够有效的改善电力系统的动态性能和对系统的参数变化具有不变性。Siaramakrishna利用极点配置方法设计了变结构负荷频率控制器，但是文献中的参数不确定项要求满足匹配条件，但是现实中电力系统的不确定项常常不满足匹配条件。Hamouz针对不确定互联电力系统，分别设计了优化的变结构控制器和基于极点配置的变结构负荷频率控制策器，但是对于系统参数不确定项只通过了仿真研究，没有严格的理论证明。

发明内容

本发明是针对电力系统中存在不确定性和干扰时，现有的控制器不能保证系统稳定性和良好的动态性能的问题，提出了一种不确定电力系统的分散滑模负荷频率控制器设计方法，使电力负荷变化所引起的频率变化最小，保证系统的正常工作。

本发明的技术方案为：一种不确定电力系统的分散滑模负荷频率控制器设计方法，包括如下具体步骤：

1）建立不确定多域互联电力系统模型：多域电力系统的状态方程为                                                

其中，，

,

,

其中是频率的变化量，是发电机输出功率的变化量，是调速器调速阀位置变量，是第i个子系统电压相角值，是负荷干扰量，是调速器时间常数，是汽轮机时间常数，是电厂模型时间常数，是电厂模型增益，是调速器速度调节常数，是第i个区域的积分控制，是区域i和区域j互联增益常数，；

2）当工作点变化和负荷波动时，互联多域不确定电力系统用如下包含干扰项的互联系统状态空间模型表示：

             

其中是第i个子系统的状态变量，是控制向量，，，是系统集结不确定项外部干扰向量，,, 和是具有适当维数的系数矩阵；

3）假设1：对每一个子系统，矩阵对是完全可控的；

假设2：不确定项满足匹配条件；            

假设3：不确定项是有界的；

假设4：当不确定项不满足匹配条件≠；

假设5：不确定项是有界函数；

对于向量，向量范数定义为欧几里得范数满足，

正对步骤2）中模型，对于每一个子系统设计积分型切换面：

，其中,具有适当维数的常数矩阵；

4）给定稳定性判据条件：判据1：假设成立，那么系统在滑动模态是渐进稳定当且仅当不等式成立，其中，； 

判据2：存在常数满足，对于任意的，所有都满足时，那么滑动模态方程是渐进稳定的；

5）设计分散变结构控制器：

和，使得系统存在匹配不确定项和非匹配不确定项时，都能满足到达条件，其中为正常数，为符号函数；

6）通过对三域电力系统的matlab仿真，验证了步骤5）的分散变结构控制器的有效性。

本发明的有益效果在于：本发明不确定电力系统的分散滑模负荷频率控制器设计方法，基于鲁棒分散变结构控制器设计方法，考虑了其负荷频率控制问题，对于每一个子系统，构造了比例积分型滑模面，并且设计了对应的变结构控制器，使得由于匹配或非匹配的负荷变化所引起的频率偏差波动趋于零，有效的改善电力系统的动态性能。

附图说明

图1为多域电力系统的结构框图；

图2为多域标称电力系统中，在没有任何控制器的作用下，子系统的频率偏差的仿真结果图；

图3为多域标称电力系统中，在没有任何控制器的作用下，子系统的频率偏差的仿真结果图；

图4为多域标称电力系统中，在没有任何控制器的作用下，子系统的频率偏差的仿真结果图；