[发明专利]一种基于凸多面体不确定性的多直流协调控制器设计方法

说明书

本发明公开了一种基于凸多面体不确定性的多直流协调控制器设计方法，用于为系统设计适应多工况的输出反馈控制器，以提高闭环系统Hsubgt;2/subgt;、Hsubgt;∞/subgt;以及衰减率等性能。该方法包括：步骤1，建立开环系统的多工况凸多面体模型；步骤2，应用正交实验方法生成初代控制器；步骤3，建立闭环系统状态空间模型；步骤4，应用二分法迭代调用扩展Lyapnuov方程，求取系统目标函数值；步骤5，应用差分进化算法生成新一代控制器；步骤6，对当前最优控制器应用正交交叉算子，保留最优个体；步骤7，计算新一代个体目标函数值；步骤8，当迭代次数等满足停止条件，进入步骤9，否则返回步骤5；步骤9，输出最优控制器参数及性能指标，结束操作。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种基于凸多面体不确定性的多直流协调控制器设计方法。

背景技术

高压直流输送功率大，功率灵活可控，为实施广域控制、解决电网稳定问题提供了有利条件。早在1970年代，美国太平洋联络线工程中将高压直流输电系统的附加阻尼控制用来抑制低频振荡。随着系统中直流回路数的增多，为充分发挥多回直流在稳定控制上的潜力，一个方向是建立集中式的多直流协调系统，应用于广域阻尼控制，该系统输入输出均为广域信号。

多直流协调控制器面对的是多运行方式、系统参数多变的电力系统，对参数和运行方式要有较强的适应性。为了应对扰动和参数不确定性，电力系统广域控制的一种受欢迎的设计方法是基于线性系统的H₂、H_∞混合控制。由于电力系统结构、运行方式多变，为使控制器性能在多个运行方式不劣化，一种自然的思路是基于二次稳定原理的鲁棒H₂、H_∞混合控制，采用包含一个公共的Lyapunov矩阵的线性矩阵不等式来描述多个运行方式的H₂、H_∞性能，由此带来了较大的保守性。为降低二次稳定原理的保守性，一种思路是基于参数依赖Lyapunov函数方法，引入额外的独立于Lyapunov矩阵的辅助优化变量来降低保守性，这种方法称之为松弛变量方法(S-Variable Approach)，目前已有静态输出反馈控制设计方法。从已有文献来看，已有方法存在三个问题：(1)引入辅助矩阵较多，增加了计算复杂度；(2)已有方法多针对H₂、H_∞控制，较少考虑衰减率或阻尼比指标；(3)已有方法一般针对状态反馈或静态输出反馈，较少考虑动态输出反馈。鉴于电力系统的状态量并不是容易获得，基于输出反馈的控制策略研究更具实用意义。上述问题，使得S-Variable方法难以直接推广应用到电力系统多直流协调控制。

针对上述问题，本发明基于松弛变量方法，提出一种可以实现H₂、H_∞混合控制以及衰减率优化的多目标输出反馈控制器设计方法，并将其推广到电力系统多直流协调控制器设计，并应用正交差分进化算法实现动态输出反馈控制器综合。

发明内容

鉴于基于二次稳定性原理的多工况控制器设计方法保守性较强，基于松弛变量的设计方法引入的辅助矩阵较多、仅能进行单一目标、仅有状态反馈控制设计或静态输出反馈控制设计的缺陷，本发明基于扩展Lyapunov方法，提出一种计及多运行点参数变化的控制器设计方法，实现H₂、H_∞混合控制以及衰减率等目标优化，可为多直流协调控制系统设计任意指定阶数的动态输出反馈控制器。为提高设计效率和控制器性能，本发明还引入高效的正交差分进化算法为控制器参数提供优化方向。

发明内容1：本发明提出一种基于扩展Lyapunov方法的可适应多工况、实现多目标优化的多直流协调控制器设计方法，包括以下步骤：