本发明专利技术属于电力系统广域时滞控制领域，具体涉及一种基于优化迭代算法的时滞广域电力系统控制器，在广域环境下控制信号在传输和处理过程中产生的时滞现象会对电力系统的稳定运行产生难以忽略的负面影响，本发明专利技术基于Lyapunov稳定性理论，研究在时滞影响下，基于状态反馈的广域电力系统控制器的设计问题，通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函并对泛函进行求导，得到了非线性矩阵不等式稳定性判据；然后将不等式中的非线性项做线性化处理，使其转化为隶属于线性矩阵不等式的锥补问题，在迭代求解时，利用优化算法对迭代次数进行了优化，平衡了迭代时间与时滞上界的关系，最后通过仿真算例验证了所得控制器不仅具有较低的保守性，而且具有较快的响应速度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统广域时滞控制领域，具体涉及一种基于优化迭代算法的时滞 广域电力系统控制器。 技术背景 随着广域测量技术在电力系统中的广泛应用，使得大规模电网互联成为电力工业 发展的趋势。互联电网虽然可以实现电力的跨区域传输，但是其动态过程变得越来越复杂， 其稳定性分析已成为国内外学者研宄的重点。电力系统广域控制器可以有效的提高互联系 统的动态性能，但是在广域环境下，信号在传输时产生的时延可能达到几十甚至数百毫秒， 这往往是引起系统不稳定的重要因素，因此在控制器设计阶段，应充分考虑时滞对控制器 的影响。 当前设计广域电力系统控制器的方法主要有采最小二乘预测法、Simth预估法、 Pade逼近法等，这些方法通常将电力系统组建成一个无时滞系统。当考虑时滞影响时，基于 Lyapunov稳定性理论的设计方法得到了广泛关注。安海云，贾宏杰，余晓丹发表的《一种时 滞电力系统无记忆状态反馈控制器设计方法》，该文献利用自由权矩阵方法给出了时滞电 力系统稳定判据，并设计了无记忆状态反馈控制器，采用调整参数法处理非线性项，将NLMI 转化为LMI，但参数的设定需要人为地进行调整，具有较强的保守性。石颉，王成山发表 的《考虑广域信息时延影响的阻尼控制器》（中国电机工程学报，2008, 28(1) :30-34)， 该文献应用H 控制理论设计了电力系统稳定器，但由于权函数的选取没有规律可循，同 样具有一定的保守性。该文献采用直接迭代算法设计了区间阻尼控制器，将控制器的设计 转化为隶属于线性矩阵不等式的锥补线性化问题，但是算法未考虑迭代次数对控制器的影 响，从而导致控制器运算量过大，难以在实际中应用。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本发提出了一种基于优化迭代算法的时滞广域电力系 统控制器。 本专利技术的目的是这样实现的： 一种基于优化迭代算法的变时滞广域电力系统控制器，其特征在于：该控制器是 基于以下步骤实现的： 步骤1、建立广域电力系统变时滞状态空间模型：，其中：x(t) =T为电力系统状态变量，x(t_d(t))为经过时间延时后的状态变量；控制输入量u为 附加的励磁输入A Vs; <i> (t)为上连续的初始相量函数。A A、A A :为系统的扰动项 目；，其中 F(t)满足条件：FT(t)F(t)彡 I ; 步骤2、设置状态反馈控制器u(t) = Kx(t)，其中K为状态反馈增益，以保证闭环 系统诉) = (j + M +胤W0 + (4 +MW卜邮))为渐近稳定； 步骤3、给出时滞电力系统稳定性定理； 定理1 :针对任意的时滞d(t)满足0彡d(t)彡h，扣:K//，如果存在矩阵L = Lt >0,W = Wt^0,R = Rt^0,，以及任意合适维数矩阵Mi, M2，V和一标量入 > 〇,使得下列矩阵不等式成立， 式中； nn= LA ^AL+BV+VV+Mi+Mj+ff +hYn+ A DDt ni2= A 1L_M1+M2T+hY 12 ri22= -M 2-M2T-(1-U ) W+hY22 则闭环系统= (/I + A/i + /?/〇冲)+ (為+ M)冰-北；)）是渐近稳定的； 步骤4、定理1中的urt为非线性项，采用锥补线性化算对其进行线性化处理，并 利用优化算法，对迭代次数进行优化； 步骤5、根据步骤3、4的给出的算法，利用MATLAB软件求得保证广域电力系统的最 大时滞上界h和状态反馈控制器K。 所述步骤4中对迭代次数k的优化其过程如下： 采用迭代算法处理非线性项时，需要设定一个最大迭代次数k，若选的k值过大， 由于实际电力系统中需要考虑的变量较多，控制器在迭代过程中消耗的运算时间将会增 大，若迭的k值过小，则系统所能承受的时滞稳定区域将会变小，不能满足实际需要； 为了平衡迭代时间与时滞上界的关系，需要给控制器选择一个合适的k值，使控 制器用较少的迭代次数获得较高的时滞上界，因此采用如下优化迭代算法：设控制器迭代时间t随迭代次数k的变化规律为t = f(k)，时滞上界h随迭代次数 k的变化规律为h = g(k)，通过实验仿真可知，函数f(k)与g(k)的变化规律都是非线性，控 制器每迭代一次消耗的时间At = f(k)-f(k_l)，那么相应的控制器时滞上界增长Ah = g(k)-g(k_l)，令，当选取的迭代次数k使下式中仏取值最大，则表示控制器在这一 时刻具有最快的时滞变化率，所选取的k值为最优的迭代次数 本专利技术设计的控制器，系统的时滞稳定区间得到了提高。在广域环境下，控制信号 在传输和处理过程中产生的时滞现象会对电力系统的稳定运行产生难以忽略的负面影响。 本专利技术基于Lyapunov稳定性理论，研宄在时滞影响下，基于状态反馈的广域电力系统控制 器的设计问题。首先，通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函并对泛函进行求导，得到了非线 性矩阵不等式稳定性判据；然后，将不等式中的非线性项做线性化处理，使其转化为隶属于 线性矩阵不等式的锥补问题，在迭代求解时，利用优化算法对迭代次数进行了优化，平衡了 迭代时间与时滞上界的关系。最后，通过仿真算例验证了所得控制器不仅具有较低的保守 性，而且具有较快的响应速度。 表lMk随迭代次数变化规律 表 1 表2控制器器增益随迭代次数变化规律 表 2【附图说明】 图1是本专利技术单机无穷大系统图。 图2是本专利技术单机无穷迭代时间随迭代次数的变化规律。 图3是本专利技术单机无穷时滞上界随迭代次数的变化规律。 图4是本专利技术单机无穷不加控制器发电机功角增量图。 图5是本专利技术单机无穷不加控制器发电机角速度图。 图6是本专利技术单机无穷加控制器发电机功角增量图。 图7是本专利技术单机无穷加控制器发电机角速度图。 图8是本专利技术广域电力系统控制器应用示意图。【具体实施方式】 一种基于优化迭代算法的时滞广域电力系统控制器设计方法，具体包括以下几个 步骤。 步骤1、建立考虑时延的电力系统模型： 考虑发电机端电压测量值存在一定延时，则系统方程可表示为: 各参数代表意义详见文献。将式（1)线性化，可得如下状态空间模型： 式中：x(t) = T为电力系统状态变量，x(t_d(t))为经过 时间延时后的状态变量；控制输入量u为附加的励磁输入AVs;<i> (t)为上连续的 初始相量函数。当系统存在扰动时，式（2)可变为： 式中：AA、AAi为系统的扰动项目，设[AA，AAJ =DF(t)[E，Ej，其中F(t)满 足条件： FT(t)F(t) ^ I 时滞d (t)满足如下条件： 0 ^ d(t)h^Wd{t)<fi对于式⑶系统，本专利技术设计了状态反馈控制器u(t) = Kx(t)，以保证闭环系统 ，乂(〇= ('1 + A/J + /3人)) + (/' + )x(f- (4)为渐近稳定。 步骤2、本专利技术是基于LMI方法设计状态反馈控制器。 在应用LMI方法设计设计控制器之前，首先给出了一个引理。 引理1给定具有适当维数的矩阵Q = QT，H，E，Q+HF(t)E+ETFT(t)HT< 0,对所有 满足FT(t)F(t) < I的F(t)都成立的充分条件是存在一正数X > 〇使得下式成立： Q+入-1HHT+入本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于优化迭代算法的变时滞广域电力系统控制器，其特征在于：该控制器是基于以下步骤实现的：步骤1、建立广域电力系统变时滞状态空间模型：x.(t)=(A+ΔA)x(t)+(A1+ΔA1)x(t-d(t))+Bu(t)x(t)=φ(t)t∈[-h,0],]]>其中：x(t)为电力系统状态变量，x(t‑d(t))为经过时间延时后的状态变量；控制输入量u为附加的励磁输入ΔVs；φ(t)为[‑h,0]上连续的初始相量函数，ΔA、ΔA1为系统的扰动项目；[ΔA,ΔA1]＝DF(t)[E,E1],其中F(t)满足条件：FT(t)F(t)≤I；步骤2、设置状态反馈控制器u(t)＝Kx(t)，其中K为状态反馈增益，以保证闭环系统x.(t)(A+ΔA+BK)x(t)+(A1+ΔA1)x(t-d(t))]]>为渐近稳定；步骤3、给出时滞电力系统稳定性定理；定理1：针对任意的时滞d(t)满足0≤d(t)≤h,如果存在矩阵L＝LT＞0，W＝WT≥0，R＝RT≥0，Y=Y11Y12*Y22≥0,]]>以及任意合适维数矩阵M1,M2,V和一标量λ＞0，使得下列矩阵不等式成立，Π11Π12h(LAT+VTBT+λDDT)LET*Π22hLA1TLE1T**-hR+λh2DDT0***-λI<0,Y11Y12M1*Y22M2**(1-μ)LR-1L≥0]]>式中；Π11＝LAT+AL+BV+VTBT+M1+M1T+W+hY11+λDDTΠ12＝A1L‑M1+M2T+hY12Π22＝‑M2‑M2T‑(1‑μ)W+hY22则闭环系统x.(t)(A+ΔA+BK)x(t)+(A1+ΔA1)x(t-d(t))]]>是渐近稳定的；步骤4、定理1中的LR‑1L为非线性项，采用锥补线性化算对其进行线性化处理，并利用优化算法对迭代次数进行优化；步骤5、根据步骤3、4的给出的算法，利用MATLAB软件求得保证广域电力系统的最大时滞上界h和状态反馈控制器K。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：钱伟，高超，李赓，李冰锋，党建军，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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