[发明专利]多区域互联电力系统基于故障容错的负荷频率控制的方法

摘要

本发明公开了一种多区域互联电力系统基于故障容错的负荷频率控制的方法，包括步骤：一、建立多能源电力系统负荷频率控制的数学模型；二、基于滑模观测器，得到多区域互联电力系统基于容错的负荷频率控制的稳定性条件；三、设计容错控制器实现负荷频率控制；本发明多区域互联电力系统基于故障容错的负荷频率控制的方法，其设计的滑模观测器，可以实现传感器故障及系统状态的估计/重构，所设计的容错控制器可以确保系统状态仍能渐进趋于稳定，本发明通过重构故障信号实现了容错控制，进一步提高了互联电力系统的可靠性。

主权项

1.多区域互联电力系统基于故障容错的负荷频率控制的方法，其特征在于：包括以下步骤：一、建立多区域互联电力系统负荷频率控制的数学模型；多区域互联电力系统的动态模型为：其中：另外，是状态变量，是x_i(t)的相邻状态变量，是控制输入，是测量输出，是未知传感器故障，ΔP_di(t)∈Rⁿ是负载扰动，Δf_i是频率偏差，单位为Hz，ΔP_tie‑i是联络线功率偏差，单位为pu，ΔP_mi是发电机输出功率偏差，单位为pu，ΔP_gi是调节阀位置偏差，单位为pu，T_gi是调节阀时间常数，单位为sec，T_ti是涡轮机时间常数，单位为sec，M_i是发电机惯量，单位为pu.sec，D_i是发电机单位阻尼系数，单位为pu/Hz，R_i是降速，单位为Hz/pu，T_ij是区域间的联络线同步系数，单位为pu/Hz；多区域互联电力系统矩阵维数分别是：考虑参数不确定性后的多区域互联电力系统动力学模型为：其中，和是标定多区域互联电力系统参数矩阵；ΔA_i、ΔB_i和ΔF_i是参数不确定性；另外，为了简化起见，互联项E_ij不考虑其不确定性；另外，定义g_i(t)＝ΔA_ix_i(t)+ΔB_iu_i(t)+(F'_i+ΔF_i)ΔP_di(t)为总不确定性，那么多区域互联电力系统可以转化成：假设：(1)对于每个多区域互联电力子系统，存在矩阵H_ij满足E_ij＝B'_iH_ijC_j，||H_ij||≤θ_ij，其中，θ_ij是已知的正数；(2)存在正的标量值函数d_i使得总不确定性g_i(t)满足g_i(t)＝B'_ig'_i(t),||g'_i(t)||≤d_i；(3)存在已知常数使得传感器故障f_si(t)满足另外，定义如下的增广多区域互联电力系统：其中：该增广系统是一个广义系统模型，原多区域互联电力系统状态和传感器故障被定义为广义状态向量；二、设计滑模观测器，并基于滑模观测器，得到多区域互联电力系统基于容错的负荷频率控制的稳定性条件；1、引入观测器矩阵及存在W_i∈R^p×p，W_i＝diag{ξ_1i,...,ξ_pi}，使得是非奇异的，存在使得并且存在使得2、设计滑模观测器设计如下形式的滑模观测器：其中：是状态向量，Z_xi(t)和Z_fi(t)是其分量，是的估计值，u_si(t)是构造的不连续输入用来消除传感器故障f_si(t)；3、状态空间及误差空间动态模型的构造由设计的观测器可得到下面的估计误差及状态估计表达式其中：分别设计估计误差及状态估计的滑模面：其中：G_i∈R^m×n和K_i∈R^p×n是待设计矩阵，李雅普诺夫函数P_i＞0的设计需满足存在矩阵H_i使得由此得到估计误差控制器：其中，γ_i＞0是给定参数；另外，定义那么状态估计的滑模等效控制率为：由此，得到误差空间及状态空间的动态模型：三、设计传感器容错控制器对多区域互联电力系统负荷频率进行控制；取传感器容错控制器为：其中G_i和K_i利用Matlab中的LMI工具箱进行求解得到，κ_i为给定参数；在基于滑模观测器的容错控制中，容错控制器由状态空间的控制器u_i(t)和误差空间的控制器u_si(t)共同构成。