一种适用于信息不确定系统的负荷频率控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术的一种适用于信息不确定系统的负荷频率控制装置，所述装置器件包括：信息采集模块、优化决策模块、自适应控制模块，所述信息采集模块通过传感器采样测量将通信系统N时刻的状态信号接入本装置，并将采样信号整合上传至代理节点；所述优化决策模块接收信息采集模块输出的信息依据通信系统随机事件的出现概率测度，进行同步采样转换通过建立的信息熵H的模型分析系统的信息不确定程度，并将分析结果输入自适应控制模块；所述自适应控制模块将数据分析结果输入基于模糊规则设计的自适应控制模块中，针对影响系统信息不确定度各量的概率测度表示，本发明专利技术整合信息系统时滞、丢包、误码各量建立信息熵的数学模型，完成对系统信息不确定性的建模，通过量化信息不确定性，建立系统负荷频率模型，实现计及信息不确定的频率控制。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于信息不确定系统的负荷频率控制装置及方法
本专利技术涉及一种负荷频率自适应控制装置，特别涉及一种基于自适应模糊控制器的信息不确定系统的频率控制。
技术介绍
单一的电力系统分析是在网络建模和潮流计算的基础上，完成输配电规划、暂稳态故障分析、可靠性计算等各项工作。其中，负荷频率控制(Loadfrequencycontrol,LFC)系统通过控制区域联络线交换功率稳定实现输入偏差到控制器输出控制量之间的映射关系，随着ICT(Informationandcommunicationstechnology)技术在电力系统中的发展，信息的不确定性对电力系统的稳态运行提出了严峻挑战。新能源多具有波动性和随机性，无法存储。因而无法像利用传统能源那样，在保持一次能源相对稳定的情况下，产生电能。为同时解决复杂系统频率偏差最小和强鲁棒性的要求，引入以智能算法技术为基础的控制方案，弥补传统控制方式在系统非线性和不确定性等方面的不足。包括采用广义预测控制算法生成决策指令对信息系统的延时、丢包、乱序进行补偿，以此抑制系统的低频振荡；使用随机分层分布式模型预测控制的频率控制规划方法，建立了各时间尺度的功率预测误差模型，与传统电源协同调频；通过模糊逻辑集和改进算法组合的孤岛负荷频率控制方法，以减小针对负荷扰动的微网频率偏差。LFC系统中开放型通信综合网络的使用，加大了时滞等信息不确定性问题对频率稳定性的影响。为解决高信息不确定性下的频率鲁棒控制，在单区域LFC系统采用随机镇定的方法，基于随机稳定性准则搭建有效的PI控制器；预设LFC时滞实现基于计算智能的分数阶PID控制器参数优化整定；多区域LFC系统通过估计时延和数据包丢失概率，提出基于马尔可夫方法，减小稳态和瞬态响应下的频率偏差。在双区域系统中，由于风能等新能源的接入，能量与信息的双向流动依赖于多种智能一、二次设备的使用，通信系统呈现出更为复杂和灵活多变的特点。由电力系统各项业务的具体通信指标可以得到，一个通信系统稳定运行状态下，时滞、丢包、误码及其他信息不确定性特征都需要维持在一个基本稳定范围内。因此，考虑将各信息不确定度建模为信息熵模型，统一来说，对信息熵的要求可以用来衡量系统业务的重要程度，重要程度越高，允许的信息熵越小。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种适用于信息不确定系统的负荷频率自适应控制装置。详见下文描述。本专利技术的一种适用于信息不确定系统的负荷频率控制装置，所述装置器件包括：信息采集模块、优化决策模块、自适应控制模块。装置结构如下。信息采集模块：采用基于香农采样定理的传感器采样测量，将通信系统N时刻的状态信号接入本装置，并将采样信号整合上传至代理节点。优化决策模块：将信息采集模块获得的信息进行同步采样转换，依据通信系统随机事件的出现概率测度，通过建立的信息熵H的模型分析系统的信息不确定程度；并将分析结果输入控制模块。自适应控制模块：数据分析结果进入基于模糊规则设计的自适应控制模块中，针对影响系统信息不确定度各量的概率测度表示，选择信息熵变化误差ΔH和误差微分dΔH在线自适应参数调节，优化控制器输出参数，然后根据输出参数，判断区域控制误差ACEi、系统频率偏差Δf的值；将结果作为N+1时刻的i区域系统状态存储并输出至信息采集模块，并返回并返回重新设置的状态信号、带有时间信息标志管理的控制信号。一种适用于信息不确定系统的负荷频率自适应控制装置，其步骤如下：1)初始化，针对受随机性影响的电力系统的通信过程，建立各部分数学模型，其在权利要求2所述，以再热式汽轮机和非再热式汽轮机为例，通过联络线实现基本的功率传输。确定星形连接的通信组网方式，为通信不确定测度的参数选取提供先验支撑。2)设定运行周期N，时滞、误码概率测度分布参数，确定影响其信息不确定度的各量数学表示：采用3参数Weibull分布描述时滞的分布情况，3参数Weibull分布预设存在的阈值，在该阈值前后自变量分布呈现断崖式的分布现象。3)通信的误码数学角度等效为可靠性理论的出错率，是基于泊松分布的概率事件，即4)传统的事件触发机制通过判断TCP流在平台可能发生的丢包概率计算丢包率，设系统丢包率Pl，基于随时间波动的信息流动模型，其与系统拓扑及网络流量密切相关。5)在确定，时滞、误码和丢包三个变量值相互独立，没有耦合关系的前提下，可以得到信息熵的数学模型为其中，Psum表示影响系统信息不确定度各量的概率测度总和。6)通过随机事件的出现概率测度，建立信息熵H的模型以分析计算某多区域负荷频率控制系统的信息不确定程度其中，X表示各个事件；H(X)表示系统中每个事件各自熵值的和即为信息熵；n为事件总数；ai是X的一个可能取值。7)设计基于模糊规则的自适应模糊控制器，将输入量转化为调节参数的输出量，通过在线自适应参数调节，使控制器配置最优。8)根据控制器输出参数，判断区域控制误差ACEi、系统频率偏差Δf的变化情况，若远远超出允许波动范围，则检查通信组网方式、返回针对故障处理的控制信号，若在允许波动范围，返回运行周期内的变化情况，结束。2.根据权利要求1所述的一种适用于信息不确定系统的负荷频率自适应控制装置，其特征在于，阶段1)包括如下步骤：1)第i个系统的再热式气轮机、汽轮机调速器和惯性环节分别表示为：其中，Tit表示汽轮机时间常数；Tig表示调速器时间常数；Mi表示机组惯性常数；Di表示负荷阻尼系数。2)第i个控制区域的模型表达式为：式中，Ai为系统的状态矩阵，Bi为系统的输入矩阵，Fi为扰动矩阵；xi为状态变量，ui为控制量，ωi为系统扰动量。3.根据权利要求1所述的一种适用于信息不确定系统的负荷频率自适应控制装置，其特征在于，阶段6)包括如下步骤：输入量为信息熵变化误差ΔH和误差微分dΔH，论域[-6,6]；输出量为比例Kp、积分Ki、微分Kd的控制器参数调节量,论域[-6,6]；选择7模糊集的控制规则，三角形隶属度函数。整定算法以比例参数为例为Kp(k)＝Kp0+ΔKp(k)其中，k为采样时间，根据控制规则对参数自适应调节，输出更符合系统变化的控制器参数。有益效果本专利技术的一种适用于信息不确定系统的负荷频率自适应控制装置，具有如下特点：已有研究通常将时滞、丢包等因素视为已知的信息确定量，不适用于复杂信息不确定系统的频率控制问题。因此提出基于信息熵的双区域系统系统负荷频率控制方法，在系统信息不确定性模型的基础上，实现负荷频率的自适应模糊控制，以双区域系统系统作为应用算例分析，证明提出方案的普遍适用性。整合信息系统时滞、丢包、误码各量建立信息熵的数学模型，完成对系统信息不确定性的建模，通过量化信息不确定性，建立系统负荷频率模型，实现计及信息不确定的频率控制。以信息熵偏差量ΔH作为自适应模糊控制器的输入，明显改善传统模糊控制器的单一性，有效满足基于信息不确定性考虑下的控制器设计，同时模拟随本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于信息不确定系统的负荷频率控制装置，由装置本体构成；其特征在于，所述装置包括信息采集模块、优化决策模块、自适应控制模块；/n—信息采集模块基于通信动态规约解析与香农采样定理，以系统初始状态为输入，微控制器为内核，集成以太网MAC层，简化接口电路设计；/n—优化决策模块包括系统先验数据库模块、数据管理模块、拓扑分析模块，以得出根据采集信息计算的系统信息不确定测度；/n—自适应控制模块包括与MCU单元双向通信的通信接口、传感器单元、供电单元、显示单元和命令执行单元；其中：/n所述信息采集模块通过传感器采样测量将通信系统N时刻的状态信号接入本装置，并将采样信号整合上传至代理节点；所述优化决策模块接收信息采集模块输出的信息依据通信系统随机事件的出现概率测度，进行同步采样转换通过建立的信息熵H的模型分析系统的信息不确定程度，并将分析结果输入自适应控制模块；所述自适应控制模块将数据分析结果输入基于模糊规则设计的自适应控制模块中，针对影响系统信息不确定度各量的概率测度表示，选择信息熵变化误差ΔH和误差微分dΔH在线自适应参数调节，优化控制器输出参数，然后根据输出参数，判断区域控制误差ACE...

【技术特征摘要】
1.一种适用于信息不确定系统的负荷频率控制装置，由装置本体构成；其特征在于，所述装置包括信息采集模块、优化决策模块、自适应控制模块；
—信息采集模块基于通信动态规约解析与香农采样定理，以系统初始状态为输入，微控制器为内核，集成以太网MAC层，简化接口电路设计；
—优化决策模块包括系统先验数据库模块、数据管理模块、拓扑分析模块，以得出根据采集信息计算的系统信息不确定测度；
—自适应控制模块包括与MCU单元双向通信的通信接口、传感器单元、供电单元、显示单元和命令执行单元；其中：
所述信息采集模块通过传感器采样测量将通信系统N时刻的状态信号接入本装置，并将采样信号整合上传至代理节点；所述优化决策模块接收信息采集模块输出的信息依据通信系统随机事件的出现概率测度，进行同步采样转换通过建立的信息熵H的模型分析系统的信息不确定程度，并将分析结果输入自适应控制模块；所述自适应控制模块将数据分析结果输入基于模糊规则设计的自适应控制模块中，针对影响系统信息不确定度各量的概率测度表示，选择信息熵变化误差ΔH和误差微分dΔH在线自适应参数调节，优化控制器输出参数，然后根据输出参数，判断区域控制误差ACEi、系统频率偏差Δf的值；将结果作为N+1时刻的i区域系统状态存储并输出至信息采集模块，并返回重新设置的状态信号、带有时间信息标志管理的控制信号。


2.一种适用于信息不确定系统的负荷频率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
硬件模块初始化，针对受随机性影响的电力系统的通信过程，建立各部分数学模型，通过联络线实现基本的功率传输；确定星形连接的通信组网方式，为通信不确定测度的参数选取提供先验支撑；
设定运行周期T，时滞、误码概率测度分布参数，确定影响其信息不确定度的各量数学表示。通过随机事件的出现概率测度，建立信息熵H的模型以分析计算某多区域负荷频率控制系统的信息不确定程度



其中，X表示各个事件；H(X)表示系统中每个事件各自熵值的和即为信息熵；n为事...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨挺，张璐，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12