基于MVO算法与改进目标函数的电力系统负荷频率控制

针对风电并网时的随机波动功率、负荷频率控制(load frequency control, LFC)系统参数变化所引起的电力系统频率稳定问题,提出了一种基于智能优化算法与改进目标函数的互联电网LFC系统最优PID控制器设计方法。首先,分析了基于PID控制的含风电互联电力系统LFC闭环模型。其次,在时间乘误差绝对值积分(integral of time multiplied absolute error, ITAE)性能指标的目标函数中考虑了区域控制器的输出信号偏差,对优化目标函数进行改进。采用性能优良的多元宇宙优化(multi-verse optimizer, MVO)算法先计算后验证的思路,寻优获得最优PID控制器参数。最后,以两区域4机组互联电力LFC系统为例,仿真验证了基于MVO算法结合改进目标函数所获得的PID控制器,比基于MVO算法所获得的PID控制器,对阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、风电功率偏差扰动以及系统的参数变化,具有相对较好的鲁棒性能。并且,对控制器参数也具有相对较好的非脆弱性指标。

基于分布式模型预测的高比例风电系统多源协同负荷频率控制策略

随着风电逐步替代传统电源,系统频率调整能力恶化,风电主动参与互联系统负荷频率控制(load frequency control,LFC)是改善系统频率特性的新途径。针对该背景,基于分布式模型预测控制,综合考虑互联系统内传统机组、风电机组和储能电站等调频资源及其响应特性,提出一种适应于高风电渗透率的互联系统多源协同LFC策略。首先,分析不同风速对风电机组调频特性的影响,提出一种计及风速变化的风电机组多风速段功率响应模型;其次,构建传统机组、风电机组和储能电站协同参与互联系统LFC模型,兼顾各机组频率响应约束,以互联系统区域控制偏差信号和自动发电成本的加权函数为目标,构建区域信息互动的分布式模型预测控制器;最后,为实现互联系统负荷频率全局最优控制,各控制器结合己区域及其他区域机组运行状态,在线求解所有机组的功率参考值。仿真结果表明:所提策略有效降低了系统频率和联络线功率波动的幅度,实现了各机组之间的最优功率分配,并降低了系统自动发电成本。

基于SAC算法的含柔性负荷电-气互联系统的频率与气压协调控制策略

现今,电燃气系统在维持微电网稳定、经济、灵活运行方面发挥着重要作用。当其受到电力与天然气负荷扰动时,控制器需要协调微电网频率和天然气管道节点的燃气压力。为此,提出1种基于柔性动作评价(SAC)算法的电-气互联系统的频率-气压协调控制策略。首先,在分析天然气管网及耦合设备运行特性的基础上,建立天然气输送动态模型。其次,基于可控负荷用户行为的随机性,建立了包括微型燃气轮机(MT),电转气(P2G)设备、可控负荷、分布式电源和负荷的微电网负载频率控制模型。此外,根据微电网频率与气压2个控制目标,设计了控制器的结构。最后,设置不同工况进行仿真,结果表明所提策略能协调系统的频率与气压。

时滞孤岛微电网负荷频率控制系统在采样控制下的指数稳定

孤岛微电网配有开放式通讯网络。通讯信息不可避免存在的延迟,会对系统的稳定造成显著影响。针对变时滞影响下的孤岛微电网负荷频率控制系统的稳定性问题进行了研究。首先,建立了考虑时滞的孤岛微电网负荷频率控制系统模型,并据此推导出含时滞项的系统状态方程。然后,在基于采样的事件触发非周期间歇控制策略下,通过数学推导证明了系统在变时滞的影响下能够实现指数稳定。最后,通过仿真分析,验证了所提控制策略的有效性,并将其与最近提出的基于状态控制宽度的事件触发非周期间歇控制策略进行了对比。结果显示,相较于后者,提出的控制策略在系统稳定性方面表现更为高效,且所需的控制次数更少。

考虑传输时滞的电力负荷频率采样控制系统稳定性分析

研究了一类考虑传输时滞的电力负荷频率采样控制系统相关稳定性问题。首先,采用PI型的LFC系统方案,并建立考虑采样和传输时滞的LFC闭环系统模型;其次,根据建立的模型,采用基于双边闭环泛函判据计算系统的时滞稳定裕度,研究系统采样周期与时滞稳定裕度之间的关系,并通过单区域LFC系统对结果进行仿真验证。计算结果表明,与现有文献结果相比,在相同的系统参数条件下,使用提出方法得到的结果保守性降低,且采样周期越大,系统时滞稳定裕度越小,而一定大小的时滞可以增大系统采样周期上界;仿真结果进一步验证了所提出方法的有效性和优势。

含储能的区域互联电力系统负荷频率预设性能控制

针对大规模新能源影响电力系统频率稳定的问题,对含储能的区域互联电力系统负荷频率控制进行了研究。首先,建立系统状态空间模型;然后,为了使区域控制偏差快速收敛至目标值,引入预设性能函数,采用预设性能控制的方法对跟踪误差进行转换,设计了具有预设性能的控制器;最后,将控制器的输出作为储能系统的参考信号,储能系统再输出相应的功率至区域互联电力系统中。基于两区域互联电力系统进行仿真验证,仿真结果表明:与模型预测控制策略相比,所提控制策略能够更为快速地将区域互联电力系统的频率偏差和区域控制偏差限制在稳定范围内,维持区域互联电力系统的稳定,改善系统调频效果。

基于浣熊优化算法的电力系统负荷频率控制

电力系统的频率稳定一直是电力系统稳定性研究的一个重要方面,负荷频率控制是维持电力系统频率稳定的有效手段。选取PID控制器做为电力系统的负荷频率控制器,同时采用浣熊优化算法(COA)在4种误差积分准则下分别对控制器的参数进行优化。将采用浣熊优化算法优化的PID控制器(COA-PID)与传统PID控制器对电力系统负荷频率的控制效果对比,结果表明,采用COA-PID控制器可以更有效地实现对电力系统的负荷频率控制,它可以有效地降低系统的最大频率偏差以及维持系统的频率稳定。

DoS攻击下火电-光伏电力系统模型预测负荷频率控制技术

随着新能源及数字化技术在电力系统中的广泛应用,系统的随机性、波动性、分散性明显增强,给电网频率安全稳定带来巨大挑战。针对DoS攻击对光伏发电及火力发电混合电力系统带来的负荷频率失稳影响,首先,设计网络化电力负荷频率控制系统模型,并提出了一种带有缓存的模型预测控制方法;其次,考虑DoS攻击方能量受限情况,设计具有约束的DoS攻击模型;再次,通过设计的最优目标成本函数,构造增广矩阵,利用基于DoS攻击模态的分类讨论方法对火电-光伏电力系统进行渐进稳定性分析;最后,仿真结果表明,相较于之前负荷频率控制方法,所提出的模型预测控制可以有效减少DoS攻击对系统负荷频率异常波动的影响。

一种风电场经VSC-HVDC并网的VSG变参数负荷频率控制策略

风电的大规模并网导致系统等效惯量下降、不确定性增加,给电力系统的负荷频率控制(loadfrequency control,LFC)带来新的挑战。考虑到柔性直流输电系统(voltage source converter based high voltage DC,VSC-HVDC)具有的潜在调频能力,对此展开研究,针对风电场经VSC-HVDC并网的情形提出了一种虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)变参数负荷频率控制策略。首先,在风电场经VSC-HVDC并网的LFC模型及拓扑结构分析基础上,为了提高VSC-HVDC的可控性,对换流器的控制环节进行了VSG控制方法的设计;然后,对VSG控制参数与频率变化的关联性进行分析,并基于分数阶梯度下降法(fractional-order gradient descent method,FOGDM),利用频率的分数阶导数提取频率深层变化特征,以优化VSG控制参数;在此基础上,考虑到系统的不确定性,设计触发机制对VSG变参数优化模式进行调整,以降低VSG参数的变换频次,提高系统频率控制的针对性。仿真结果表明:所提控制方法能有效改善电网负荷频率控制效果,具有良好的适应性。

基于新积分不等式的时滞负荷频率控制系统稳定性分析

该文研究了具有时变时滞和负荷扰动的负荷频率控制系统的稳定性问题。首先,构造新的增广向量和具有多重积分项的Lyapunov-Krasovskii泛函,建立不同变量间的耦合关系;其次,为了与所构造的泛函紧密配合,提出基于时滞相关矩阵和自由矩阵的积分不等式及基于时滞相关矩阵的反凸组合不等式,对泛函导数进行更精确的估计,从而得到具有较小保守性的负荷频率控制系统的稳定性判据;最后,通过对典型二阶时滞系统和单区域时滞负荷频率控制系统进行仿真分析,验证了所得的稳定性判据具有较小保守性,并分析了负荷扰动和控制器参数对系统时滞上界的影响。

基于深度强化学习的孤立多微电网系统频率和电压综合控制

分布式电源出力不确定性和负荷功率扰动给孤立多微电网系统稳定带来较大威胁。提出基于多智能体柔性动作评价(MA-SAC)算法的孤立多微电网负荷频率控制器(LFC),同时采用柔性动作评价(SAC)算法对自动电压调节器(AVR)的比例积分(PI)控制参数进行优化调整。建立了多微电网LFC和AVR组合模型。对于电压和频率控制器的设计,分别根据SAC算法和多智能体深度强化学习(MA-DRL)框架建立各自的状态、动作空间与奖励函数。选择合适的神经网络与训练参数经过预学习生成深度强化学习控制器。最后通过仿真分析,基于SAC算法优化的PI控制器能更快跟踪电压参考值;多微电网系统遭遇功率扰动时,MASAC控制器可以快速维持频率稳定。

基于GUI的电力系统负荷频率控制仿真平台设计

基于Matlab GUI设计了电力系统负荷频率控制仿真平台。平台主要分为单区域系统和多区域系统仿真。单区域仿真平台主要实现PID参数的整定与控制;多区域仿真平台则添加多种智能算法优化的功能。为便于观察电力系统的动态响应,仿真平台通过回调函数实现前面板输入相关参数,后台执行程序,并将执行结果显示在前面板。结果表明,平台操作简单、界面设计简洁,具有良好的交互性和可扩展性;此外,仿真平台能够在线修改参数,有利于科研数据的处理。平台有利于增强学生对电力系统负荷频率控制的理解,也能支撑自动控制原理的实践教学。

计及电动汽车与飞轮储能单元的孤岛微电网负荷频率控制

针对孤岛微电网惯性和阻尼不足的问题,引入飞轮储能单元,并构建带飞轮储能单元的孤岛微电网负荷频率控制模型,研究了通信时滞对孤岛微电网系统的影响。采用适用的Lyaunov-Krasovskii泛函(LKF),通过广义自由权积分不等式对导数积分项进行界定,从而得到了时滞相关稳定性判据。当考虑电动汽车电池状态对系统增益的影响时,将系统视为参数不确定时滞系统。通过不同的参数设定,进行了仿真实验,结果证明了所提方法的有效性与优越性。

基于特征模型的互联电力系统数据驱动负荷频率控制

在互联电力系统中存在未建模动态和非线性特性,这些因素都会对频率控制器的设计带来困难。针对上述问题,基于特征模型理论提出了一种数据驱动的负荷频率控制方案。首先,使用二阶特征模型来描述互联电力系统,将系统的非线性动态压缩到时变特征参数中,既不丢失模型信息,又可以降低模型复杂程度。其次,设计投影算法对特征参数进行在线估计,并且通过定义滑模面和滑模趋近率来设计控制算法,使用李雅普诺夫理论证明了闭环电力系统的稳定性。最后分别在三区域和四区域互联电力系统中进行仿真分析,仿真数据验证了特征建模的有效性,表明提出的方案能够较好完成频率控制任务。

基于一种改进型事件触发传输机制的网络欺骗性攻击下的电力系统负荷频率控制

研究了网络攻击下的电力系统事件触发负荷频率控制问题.为了减少网络中的非必要资源浪费,提出了一种新的事件触发传输机制.与一般的事件触发机制相比,这种事件触发传输机制利用了历史信号数据信息.结合电力系统网络环境中所存在的网络攻击,建立了一种广义的电力系统状态空间系统模型.运用李雅普诺夫稳定性定理,通过构造一种依赖于系统状态的分段李雅普诺夫泛函,并结合积分不等式,推导出能够保证网络攻击下的电力系统均方渐近稳定性定理,该定理既能获得负荷频率控制器增益,又能得出事件触发参数.最后,在仿真分析部分,通过考虑电力系统网络中有无攻击的两种情况去说明了文中所提出的方法的有效性与优越性.

含风光水火储的多区域互联电力系统协同优化负荷频率控制

针对现代电力系统中呈现出的互联和多源的特点,首先提出了一种启发式智能优化算法辅助含风光水火储的多区域互联电力系统协同优化负荷频率控制方法,该方法以每个区域的区域控制偏差为目标函数;然后利用鲸鱼智能优化算法鲁棒性强、求解精度高及收敛快速度等优点,对各区域的PID负荷频率控制器参数进行协同优化,使得系统在各种随机扰动下,都能够维持频率稳定和长期安全运行;最后建立含风光水火储的三区域互联电力系统模型,对比不同优化整定方法下的互联电力系统频率和联络线功率偏差,测试系统在不同扰动时各区域的稳定性及所提方法的有效性。实验结果表明,所采取的多区域互联负荷频率控制器协同优化整定方法有效地改善了系统的稳定性,具有良好的鲁棒性和实用性。

含广域混合储能互联电力系统的负荷频率控制

为解决电力系统调频存在的灵活性资源不足和调节特性欠佳问题,针对抽水蓄能和电池储能广域接入情况下的互联电力系统,提出一种基于分布式模型预测控制的负荷频率协调优化控制方法。首先,根据互联电力系统中各主要元件的频率响应特性,建立互联电力系统频率响应的状态空间模型;然后,充分考虑系统受到的各种约束,确定优化控制目标,分别对各区域的控制器进行设计;最后,对所提负荷频率协调优化控制方法的可行性和有效性进行仿真验证。结果显示该方法不仅对广域混合储能互联电力系统的频率响应特性有很好的改善,而且当系统频率发生变化时,能够使不同储能形式进行合理的响应。

考虑电动汽车的时滞孤岛微电网负荷频率控制

本文研究了考虑电动汽车参与调频的时滞孤岛微电网,重点研究了通讯时滞对孤岛微电网系统的影响,构建了考虑电动汽车的时滞孤岛微电网模型,采用了适用的Lyaunov-Krasovskii泛函(LKF),并通过运用自由权矩阵积分不等式得到了稳定性判据,通过不同的参数设定,进行了仿真实验,结果说明了本文方法的有效性。

数据驱动的负荷频率系统自整定控制器设计

在互联电力系统负荷频率控制系统中,存在建模不精确和工况大规模变化等一系列不确定性问题,使得固定参数的PI控制器难以取得预期的频率控制效果。针对以上问题设计了一种数据驱动参数自整定控制器,基于迭代反馈整定算法使PI控制器的控制性能达到最优状态,可维持电力系统的频率稳定。首先,基于I/O数据提出负荷频率控制系统的性能函数;然后,在闭环系统上进行两次实验并采集I/O数据;最后,通过迭代参数更新算法进行PI参数迭代寻优的过程。三区域互联系统仿真结果表明提出的数据驱动的PI参数自整定控制器具有良好的跟踪性能。

基于动态量化的电力系统事件触发负荷频率控制

针对新能源高比例并网以及由此产生的二次调频通信负荷增加问题,为了节约网络资源,将动态量化技术引入网络控制的电力系统中,应用事件触发负荷频率控制(LFC)方法,通过基于观测器的输出反馈控制器,实现了LFC系统输入到状态稳定.根据系统状态和动态量化参数,在反馈通道中设计加入指数衰减项的事件触发机制,在前向通道中设计加入状态模拟项的事件触发机制.建立基于量化控制的事件触发LFC系统动态模型,在有界负荷扰动下得到闭环系统输入到状态稳定的条件,排除了Zeno现象.通过仿真实验验证了提出方法的有效性.