一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法?；趶V域監(jiān)測系統(tǒng)建立的智能電網(wǎng)，通過強大的廣（局）域網(wǎng)進行PMU（PhasorMeasurementUnits）量測數(shù)據(jù)的傳輸，從而構(gòu)成閉環(huán)電力系統(tǒng)。本發(fā)明將這一閉環(huán)系統(tǒng)建模成一個嚴(yán)格意義上的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，其中主要解決網(wǎng)絡(luò)通信約束對系統(tǒng)建模的影響，這些約束主要包括數(shù)據(jù)包傳輸過程中產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延（固定、時變或隨機）、數(shù)據(jù)包丟棄和數(shù)據(jù)包時序錯亂。基于該模型，設(shè)計一個用于實現(xiàn)電網(wǎng)勵磁控制的阻尼控制器，該控制器可有效削弱通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包傳輸時延、丟棄和時序錯亂對智能電網(wǎng)性能的影響。
【專利說明】—種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域，具體為一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電網(wǎng)互聯(lián)的發(fā)展，電力系統(tǒng)變得更大更復(fù)雜，傳統(tǒng)的點對點通信方式越來越不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求。上世紀(jì)90年代末，衛(wèi)星授時系統(tǒng)和相量測量單元(PMU) —起出現(xiàn)的電力通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為廣域測量系統(tǒng)(WAMS)奠定了基礎(chǔ)。不是使用專用的通信線路，WAMS是基于強大的廣域網(wǎng)(WAN) /局域網(wǎng)(LAN)技術(shù)。
[0003]雖然目前基于WAMS建立的智能電網(wǎng)，通過強大的廣(局)域網(wǎng)進行PMU量測數(shù)據(jù)的傳輸，從而構(gòu)成閉環(huán)電力系統(tǒng)。但是，從網(wǎng)絡(luò)控制的角度，基于電力系統(tǒng)控制主要涉及網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延、數(shù)據(jù)包丟失和時序錯亂問題，會降低控制系統(tǒng)的性能，甚至使系統(tǒng)失穩(wěn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，通過對閉環(huán)電力系統(tǒng)的建模解決網(wǎng)絡(luò)通信約束，同時設(shè)計基于智能電網(wǎng)模型的電力系統(tǒng)控制器，可以容忍WAMS通信中網(wǎng)絡(luò)引起的延遲，數(shù)據(jù)包丟失和時序錯誤。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于:基于廣域監(jiān)測系統(tǒng)建立的智能電網(wǎng)，通過強大的廣/局域網(wǎng)進行PMU量測數(shù)據(jù)的傳輸，從而構(gòu)成閉環(huán)電力系統(tǒng)，所述閉環(huán)電力系統(tǒng)建模成一個嚴(yán)格意義上的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，所述網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)解決網(wǎng)絡(luò)通信約束對系統(tǒng)建模的影響，包括網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延影響、數(shù)據(jù)包丟失影響、數(shù)據(jù)包的時序錯亂影響。
[0006]所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于:網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中對閉環(huán)電力系統(tǒng)建模過程如下:假設(shè)局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)是理想的，不存在網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延，數(shù)據(jù)包丟失，也不是無序的WAMS通信，通過零階保持器實現(xiàn)離散控制器控制輸入，從而可以建模；如果當(dāng)前數(shù)據(jù)包丟失，之前的數(shù)據(jù)包將一直保持到下一個數(shù)據(jù)包到達；如果新數(shù)據(jù)包在舊數(shù)據(jù)包之前到達，那么新數(shù)據(jù)包將取代舊數(shù)據(jù)包；數(shù)據(jù)包丟失或者時序錯亂會導(dǎo)致隨時間變化的時延，將通過一個函數(shù)表示出來。
[0007]所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于:網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中PMU是時間驅(qū)動，同時保持離散控制器和零階控制器是事件驅(qū)動。
[0008]所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于:網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中閉環(huán)電力系統(tǒng)動態(tài)通過微分代數(shù)方程DAE來描述。
[0009]所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于:在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中設(shè)計基于智能電網(wǎng)模型的電力系統(tǒng)控制器，過程如下:
(I)、采用勵磁控制對控制器進行設(shè)計； (2)、給出勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和廣域阻尼控制器，控制器的輸入是全系統(tǒng)的狀態(tài)變量，輸出是自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)的一個輸入；
(3)、低頻振蕩威脅大型互聯(lián)電力系統(tǒng)安全，控制器通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁改善電力系統(tǒng)的性能；
(4)、控制器綜合問題解決之前，給定一個控制器增益來保證閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定；
(5)、根據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，定義函數(shù)進行測試來解決控制器綜合問題。
[0010]所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于:所述電力系統(tǒng)控制器可以容忍WAMS通信中網(wǎng)絡(luò)引起的延遲，數(shù)據(jù)包丟失和時序錯誤，電力系統(tǒng)控制器應(yīng)用了線性矩陣不等式技術(shù)，旨在減輕WAMS通信中時變的影響。
[0011]所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于，所述阻尼控制器是用來說明所提出的控制器設(shè)計方法的適用性和有效性。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有的方法相比，具有如下優(yōu)點:
(I)閉環(huán)電力系統(tǒng)?；赪AMS建立的智能電網(wǎng)，不是使用專用的通信線路，而是通過強大的廣(局)域網(wǎng)進行PMU量測數(shù)據(jù)的傳輸，從而構(gòu)成閉環(huán)電力系統(tǒng)，提高系統(tǒng)性能。
[0013](2)系統(tǒng)建模。將閉環(huán)系統(tǒng)建模成一個嚴(yán)格意義上的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，其中還要解決網(wǎng)絡(luò)通信約束對系統(tǒng)建模的影響，這些約束主要包括數(shù)據(jù)包傳輸過程中產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延、數(shù)據(jù)包丟棄和數(shù)據(jù)包時序錯亂，再利用微分代數(shù)方程來描述電力系統(tǒng)動態(tài)。
[0014](3)控制器設(shè)計?；谠撃Ｐ停O(shè)計一個用于實現(xiàn)電網(wǎng)勵磁控制的廣域阻尼控制器，該控制器可有效削弱通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包傳輸時延、丟棄和時序錯亂對智能電網(wǎng)性能的影響，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁可改善電力系統(tǒng)的性能，使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明基于廣域測量系統(tǒng)的電力系統(tǒng)控制的NCS模型。
[0016]圖2為本發(fā)明理想網(wǎng)絡(luò)時延圖。
[0017]圖3為本發(fā)明實際網(wǎng)絡(luò)時延圖。
[0018]圖4為本發(fā)明具有廣域阻尼控制器的勵磁系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0019]一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，基于廣域監(jiān)測系統(tǒng)建立的智能電網(wǎng)，通過強大的廣/局域網(wǎng)進行PMU量測數(shù)據(jù)的傳輸，從而構(gòu)成閉環(huán)電力系統(tǒng)，閉環(huán)電力系統(tǒng)建模成一個嚴(yán)格意義上的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)解決網(wǎng)絡(luò)通信約束對系統(tǒng)建模的影響，包括網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延影響、數(shù)據(jù)包丟失影響、數(shù)據(jù)包的時序錯亂影響。
[0020]網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中對閉環(huán)電力系統(tǒng)建模過程如下:假設(shè)局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)是理想的，不存在網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延，數(shù)據(jù)包丟失，也不是無序的WAMS通信，通過零階保持器實現(xiàn)離散控制器控制輸入，從而可以建模；如果當(dāng)前數(shù)據(jù)包丟失，之前的數(shù)據(jù)包將一直保持到下一個數(shù)據(jù)包到達；如果新數(shù)據(jù)包在舊數(shù)據(jù)包之前到達，那么新數(shù)據(jù)包將取代舊數(shù)據(jù)包；數(shù)據(jù)包丟失或者時序錯亂會導(dǎo)致隨時間變化的時延，將通過一個函數(shù)表示出來。
[0021]網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中PMU是時間驅(qū)動，同時保持離散控制器和零階控制器是事件驅(qū)動。[0022]網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中閉環(huán)電力系統(tǒng)動態(tài)通過微分代數(shù)方程DAE來描述。
[0023]在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中設(shè)計基于智能電網(wǎng)模型的電力系統(tǒng)控制器，過程如下:
(1)、采用勵磁控制對控制器進行設(shè)計；
(2)、給出勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和廣域阻尼控制器，控制器的輸入是全系統(tǒng)的狀態(tài)變量，輸出是自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)的一個輸入；
(3)、低頻振蕩威脅大型互聯(lián)電力系統(tǒng)安全，控制器通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁改善電力系統(tǒng)的性能；
(4)、控制器綜合問題解決之前，給定一個控制器增益來保證閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定；
(5)、根據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，定義函數(shù)進行測試來解決控制器綜合問題。
[0024]電力系統(tǒng)控制器可以容忍WAMS通信中網(wǎng)絡(luò)引起的延遲，數(shù)據(jù)包丟失和時序錯誤，電力系統(tǒng)控制器應(yīng)用了線性矩陣不等式技術(shù)，旨在減輕WAMS通信中時變的影響。
[0025]阻尼控制器是用來說明所提出的控制器設(shè)計方法的適用性和有效性。
[0026]本發(fā)明為一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模方法，如圖1所示，為一種基于WAMS的閉環(huán)系統(tǒng),將這一閉環(huán)系統(tǒng)建模成一個嚴(yán)格意義上的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，其中主要解決網(wǎng)絡(luò)通信約束對系統(tǒng)建模的影響。圖中，PMU或其他測量設(shè)備是時間驅(qū)動，同時保持離散控制器和零階控制器(Ζ0Η)是事件驅(qū)動的，虛線表示離散信號和連續(xù)信號的實線表示。我們考慮微分代數(shù)方程(DAE)來描述圖1中的電力系統(tǒng)動態(tài)。
[0027]假設(shè)網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng)/廣域網(wǎng))是理想的，不存在網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延，數(shù)據(jù)包丟失，也不是無序的WAMS通信，從控制器通過ZOH實現(xiàn)控制輸入可以建模，圖2給出了假設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)是理想情況下的時變。采取以下機制來處理數(shù)據(jù)包丟失和無序，在圖2中，若數(shù)據(jù)包X (k+1)丟失后，數(shù)據(jù)包X (k)將一直保持到下一個數(shù)據(jù)包X(k+1)到達；如果數(shù)據(jù)包時序錯亂的發(fā)生，例如，新的數(shù)據(jù)包X (k+2)到達目的地而之前舊的X (k+Ι)還未到達，那么X (k+2)將代替X(k+1)。圖3為實際網(wǎng)絡(luò)中的時延，當(dāng)數(shù)據(jù)包丟失或時序錯亂會導(dǎo)致一個隨時間變化的延遲，其中，X (k)和X (k+2)表示兩個逐次更新之間的時間間隔。
[0028]圖4顯示了一個勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與廣域阻尼控制器(WADC)，該控制器可有效削弱通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包傳輸時延、丟棄和時序錯亂對智能電網(wǎng)性能的影響。控制器的輸入是全系統(tǒng)的狀態(tài)變量，這是通過網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延，數(shù)據(jù)包丟失和無序WAMS送到控制器，遠(yuǎn)輸入是由一個廣域反饋完成；輸出是自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)的一個輸入。由于低頻振蕩(0.1-2赫茲)是大型互聯(lián)電力系統(tǒng)安全的潛在威脅，該控制器通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁Ef改善電力系統(tǒng)的性能。控制器綜合問題解決之前，先給定一個控制器增益K，測試閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與函數(shù)的有界性，然后根據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，定義函數(shù)進行測試來解決控制器綜合問題，同時還應(yīng)用了線性矩陣不等式技術(shù)，旨在減輕WAMS通信中時變的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于:基于廣域監(jiān)測系統(tǒng)建立的智能電網(wǎng)，通過強大的廣/局域網(wǎng)進行PMU量測數(shù)據(jù)的傳輸，從而構(gòu)成閉環(huán)電力系統(tǒng)，所述閉環(huán)電力系統(tǒng)建模成一個嚴(yán)格意義上的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，所述網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)解決網(wǎng)絡(luò)通信約束對系統(tǒng)建模的影響，包括網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延影響、數(shù)據(jù)包丟失影響、數(shù)據(jù)包的時序錯亂影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于:網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中對閉環(huán)電力系統(tǒng)建模過程如下:假設(shè)局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)是理想的，不存在網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延，數(shù)據(jù)包丟失，也不是無序的WAMS通信，通過零階保持器實現(xiàn)離散控制器控制輸入，從而可以建模；如果當(dāng)前數(shù)據(jù)包丟失，之前的數(shù)據(jù)包將一直保持到下一個數(shù)據(jù)包到達；如果新數(shù)據(jù)包在舊數(shù)據(jù)包之前到達，那么新數(shù)據(jù)包將取代舊數(shù)據(jù)包；數(shù)據(jù)包丟失或者時序錯亂會導(dǎo)致隨時間變化的時延，將通過一個函數(shù)表示出來。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于:網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中PMU是時間驅(qū)動，同時保持離散控制器和零階控制器是事件驅(qū)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于:網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中閉環(huán)電力系統(tǒng)動態(tài)通過微分代數(shù)方程DAE來描述。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于:在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中設(shè)計基于智能電網(wǎng)模型的電力系統(tǒng)控制器，過程如下: (1)、采用勵磁控制對控制器進行設(shè)計； (2)、給出勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和廣域阻尼控制器，控制器的輸入是全系統(tǒng)的狀態(tài)變量，輸出是自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)的一個輸入； (3)、低頻振蕩威脅大型互聯(lián)電力系統(tǒng)安全，控制器通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁改善電力系統(tǒng)的性能； (4)、控制器綜合問題解決之前，給定一個控制器增益來保證閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定； (5)、根據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，定義函數(shù)進行測試來解決控制器綜合問題。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于:所述電力系統(tǒng)控制器可以容忍WAMS通信中網(wǎng)絡(luò)引起的延遲，數(shù)據(jù)包丟失和時序錯誤，電力系統(tǒng)控制器應(yīng)用了線性矩陣不等式技術(shù)，旨在減輕WAMS通信中時變的影響。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建模與控制方法，其特征在于，所述阻尼控制器是用來說明所提出的控制器設(shè)計方法的適用性和有效性。
【文檔編號】G05B19/418GK103728933SQ201310581344
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】黃少偉, 陳穎, 葛愿, 余諾, 汪石農(nóng), 方航, 殷鳳媛 申請人:蕪湖大學(xué)科技園發(fā)展有限公司