[发明专利]一种用于独立微电网系统的多目标鲁棒频率控制方法

摘要

本发明公开一种独立微电网的多目标鲁棒分数阶频率控制方法，本发明通过小信号建模方法建立独立微电网系统各组件小信号频率响应模型，在此基础上建立独立微电网系统鲁棒回路成型分数阶频率控制模型，将独立微电网系统频率偏差与时间相乘的累加和最小、系统功率偏差与时间相乘的累加和最小、鲁棒回路成型系统矩阵函数的无穷范数最小、鲁棒控制器输出信号值最小作为评估鲁棒频率控制器性能的优化目标函数，将鲁棒稳定性能和抑制干扰性能指标均小于1作为约束条件，并设计一种自适应多目标约束优化求解器高效地实现鲁棒回路成型频率控制参数的优化整定。采用本发明可实现独立微电网系统多性能指标折衷优化的鲁棒频率控制。

主权项

1.一种独立微电网的多目标鲁棒分数阶频率控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)通过小信号建模方法建立独立微电网系统各组件包括风力发电机、光伏阵列、柴油发电机、燃料电池、铅酸蓄电池、飞轮储能系统和电力电子变换器的小信号频率响应模型，在此基础上建立基于鲁棒回路成型分数阶频率控制器的控制系统模型，独立微电网系统监控计算机读取系统读取独立微电网控制系统模型和负荷数据；其中鲁棒回路成型分数阶频率控制器CR的传递函数模型如下：其中，W1和W2表示权重函数，Kr表示分数阶控制器C∞的比例系数，Tr1与Tr2分别表示两个分数阶惯性环节惯性时间系数，λr1与λr2分别表示两个惯性环节的分数阶阶次；(2)设置多目标约束优化求解器的参数数值，包括外部存档最大个数Amax、最大迭代优化次数Imax；(3)随机产生一个实数编码的个体SI＝(U‑L)*R1+L，其中SI＝[Kr,Tr1,Tr2,λr1,λr2]，U与L表示鲁棒回路成型分数阶频率控制器优化变量上限和下限，R1表示一组在0到1范围内产生的均匀分布随机数，并令外部存档A为空；(4)对当前个体SI逐个优化变量进行变异并保持其它组员不变，产生5个子代个体{Sj,j＝1,2,…,5}，具体变异操作如式(2)～(4)所示：Sj(xi)＝SI(xi)+α·βmax(xi),i＝1,2,...,5(2)βmax(xi)＝max(SI(xi)‑L(xi),U(xi)‑SI(xi)),i＝1,2,...,5  (4)其中，xi表示第i个优化变量，Sj(xi)和SI(xi)分别表示个体Sj和SI中的第i个优化变量，L(xi)和U(xi)分别表示第i个优化变量的下限值和上限值，Ic表示当前迭代次数，r1是在0和1范围内产生的均匀随机数；(5)按照式(5)～(6)计算{Sj,j＝1,2,…,5}所有个体的约束违反量g(Sj)；其中p为约束条件的数量；(6)计算每个个体的m个适应度值{Fk(Sj),j＝1,2,…,5,k＝1,2,…,m}，具体计算过程如下：(6.1)若Sj是可行解，则Fk(Sj)＝fk(Sj),j＝1,2,…,5,k＝1,2,…,m,其中fk(Sj)表示第j个个体的第k个适应度函数；(6.2)若Sj是不可行解，则Fk(Sj)＝fk(Sj)+ηk.g(Sj)，其中ηk表示对违反约束的惩罚因子；(7)使用基于非支配排序的Pareto适应度评价准则对这5个子代个体{Sj,j＝1,2,…,5}进行Pareto排序；(8)如果只存在一个非支配个体，则令该个体为Sn，其中下标n表示非支配(non‑dominated)；如果存在多个非支配个体，则随机选择一个个体作为Sn；(9)采用基于拥挤度距离的更新机制更新外部文档A，具体实现方式如下：(9.1)如果外部存档中至少有一个个体能够支配个体Sn，则个体Sn不加入外部存档A；(9.2)如果个体Sn能够支配外部存档中的某些个体，则将这些个体移除，并将个体Sn加入外部存档A；(9.3)如果外部存档中的所有个体与个体Sn互不支配时，若外部存档个数未达到最大个数Amax，则将个体Sn加入外部存档A；若外部存档个数达到最大个数Amax，且若个体Sn位于外部存档最拥挤的地方，则不加入外部存档A；否则个体Sn将替代位于外部存档最拥挤的地方的个体，从而加入外部存档A；拥挤度距离计算具体如下：假设外部文档A中个体数量为l，对A中所有个体{A(i),i＝1,2,..,l}对应的m个适应度函数{Fk(A(i)),i＝1,2,..,l,k＝1,2,…,m}按照升序排序，从而使得Fk(A(O(1)))≤Fk(A(O(2)))≤…≤Fk(A(O(l)))，其中O(1),O(2)…,O(l)为排序索引号，Ak(O(i))表示第k个适应度函数值排序为O(i)对应的外部文档个体；Ak(O(1))和Ak(O(l))的拥挤距离d(Ak(O(1)))和d(Ak(O(l)))为：d(Ak(O(1)))＝d(Ak(O(l)))＝∞；对于i＝2,…,(l－1)，则Ak(O(i))的拥挤距离d(Ak(O(i)))为：d(Ak(O(i)))＝[Ak(O(i+1))－Ak(O(i－1))]/[Fk(A(O(l)))－Fk(A(O(1)))]；(10)Sn无条件地替代当前个体SI；(11)重复步骤(4)至(10)，直至满足达到最大迭代优化次数Imax；(12)将外部存档作为到目前为止最优化的Pareto解集输出，从中选取Pareto解集中最中间的个体作为鲁棒回路成型分数阶频率控制器的优化参数Sbest，将其传输至实际独立微电网系统中，独立微电网系统监控计算机获得实际独立微电网系统的实时运行数据和波形。