一种具有通信延迟的微电网事件触发频率控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种具有通信延迟的微电网事件触发频率控制系统及方法，属于频率控制技术领域。本发明专利技术系统包括传感器、动态切换事件触发器、PI控制器、零阶保持器和执行器；本发明专利技术提出了一种新的事件触发传输机制，来解决日益复杂的微电网中通信资源受限的问题，通过引入事件触发机制，在降低通信负担的同时，使得集中控制的中央控制器得到尽量多的有用信息，从而保证了系统稳定性的性能；本发明专利技术还给出了证明系统不存在Zeno现象的一般证明方法和一些不等式放缩理论；此外，本发明专利技术在保证系统频率性能的前提下，明显减少了数据传输的数量，提高的通信质量。高的通信质量。高的通信质量。

【技术实现步骤摘要】
一种具有通信延迟的微电网事件触发频率控制系统及方法


[0001]本专利技术属于频率控制
，具体涉及一种具有通信延迟的微电网事件触发频率控制系统及方法。

技术介绍

[0002]由于分布式能源和柔性负荷的广泛连接，配电网正朝着更加动态、更加复杂的结构发生根本性的变化。对于孤岛微电网来说，由于无法从主电网获得所需的电力，独立发电机组的运行将面临许多意外事件。例如，可再生能源(Renewable Energy Sources，RESs)的不确定性和间歇性将使柴油发电机(Diesel Engine Generator，DEG)难以维持孤岛微电网(Microgrid，MG)的频率稳定性。此外，通信资源在孤岛MG的日常运营中非常宝贵。这主要是由于风力发电机(Wind Turbine Generator，WTG)和光伏发电板(Photovoltaic Panel，PV)等可再生能源在MG中的渗透率增加，消耗大量通信资源来保证MG系统正常运行。也就是说，通信资源的消耗换来的是系统频率的稳定。考虑到二次频率控制(Secondary Frequency Control，SFC)，高质量的通信环境对于的稳定至关重要。因此，迫切需要探索一种能够兼顾高效率和低通信成本的SFC方案来补偿MG系统的有功功率不平衡。
[0003]另一方面，MG共享开放的通信网络会使原本就很差的通信带宽变得更加狭窄，导致MG系统和日常智慧城市运营出现故障。为此，无论是从经济性、安全性还是可靠性来看，通信基础设施的合理运行极其重要。一般来说，SFC包括分散控制方案和集中控制方案。同步技术的应用可以很好地适应前者。从方便的角度来说，即插即用的功能是前者赋予的。此外，改进的数据更新能力和通信失败后更好的鲁棒性。对于分散控制方案，每个分布式发电机组的独特能力和特性被忽略。然而，必须选择孤岛模式下的主要发电机，以保证网络的自然运行。从快速性的角度来看，前一个控制器的同步过程是需要一定时间的。此外，在一些恶劣的情况下，全局最优甚至不存在。因此，在我们的工作中，集中控制方案被采用来最小化频率偏差。
[0004]另外，RES的输入被定义为孤岛MG中的额外扰动。对于本文采用的控制方案，通信网络是必要的。不必要的通信传输可能会给原本受限的通信环境带来更大的麻烦，SFC方案就会失效。因此，低信息传输的SFC方案是MG控制的首要任务。近年来，事件触发控制在电力系统中的应用逐渐增多。兼顾经济性和可靠性的平衡去设计一种事件触发控制方案是我们的目标。高质量的通信网络是成功实施集中控制方案的先决条件。然而，对于不断扩大的并网机组和开放的通信网络来说，理想的环境很难存在。因此，必须实施减少数据传输的有效措施，以确保MG在离网模式下的稳定性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种具有通信延迟的微电网事件触发频率控制系统及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种具有通信延迟的微电网事件触发频率控制系统，包括传感器、动态切换事件触发器、PI控制器、零阶保持器和执行器；
[0008]传感器，被配置为用于将采集到微电网的信号y(t)传输至动态切换事件触发器中；
[0009]动态切换事件触发器，被配置为用于根据所设定的触发条件来判断是否将s
k
时刻数据y(s
k
)通过通信网络传输至远端的PI控制器；
[0010]PI控制器，被配置为用于对s
k
时刻数据y(s
k
)进行处理，得到数据Ky(t
k
)；并将处理后的数据Ky(t
k
)经通信网络传输至零阶保持器；
[0011]零阶保持器，被配置为用于在下一个符合触发条件数据来之前，一直保持上一次的数据；
[0012]执行器，被配置为用于对微电网执行操作；
[0013]传感器将采集到微电网的信号y(t)输送给动态切换事件触发器中，动态切换事件触发器中根据所设定的触发条件来判断是否将s
k
时刻数据y(s
k
)通过通信网络传输至远端的PI控制器，经过控制器处理后的数据Ky(t
k
)经通信网络传输至零阶保持器并且由执行器对微电网执行操作，在下一个符合触发条件数据来之前，零阶保持器一直保持上一次的数据。
[0014]此外，本专利技术还提到一种具有通信延迟的微电网事件触发频率控制方法，采用如上所述的具有通信延迟的微电网事件触发频率控制系统，具体包括如下步骤：
[0015]PI控制器；
[0016]步骤2：构造动态切换事件触发器；
[0017]步骤3：稳定性判据的推导；
[0018]步骤4：求解系统性能指标γ
min
。
[0019]优选地，在步骤1中，利用传感器获取微电网中数据，采用事件触发机制将量测量进行选择性的传输，并通过通信网络传输到PI控制器进行频率控制；
[0020]事件触发机制的触发过程如公式(1)所示：
[0021]s
k+1
＝min{t≥s
k
+h|(y(t)
‑
y(s
k
))
T
Ω(y(t)
‑
y(s
k
))≥σ(t)y
T
(t)Ωy(t)}
ꢀꢀꢀ
(1)；
[0022]其中，Ω为正定的事件触发矩阵；σ(t)为阈值函数；y(t)为需要监测和控制量；s
k
为第k次动态切换事件触发器处理的时刻；s
k+1
为第k+1次动态切换事件触发器处理的时刻；y(s
k
)为t＝s
k
时刻监测和控制值；h为大于零的时间间隔；(y(t)
‑
y(s
k
))
T
和y
T
(t)分别为(y(t)
‑
y(s
k
))和y(t)的转置；零阶保持器的更新时间为t
k
＝s
k
+δ
k
；
[0023]δ
k
∈[0,δ
M
]为从传感器和零阶保持器之间所有通信延迟的集合；δ
M
为通信延迟集合中延迟的最大值；为采样瞬间s
k
满足的时间序列；
[0024]PI控制器的控制规则设计如公式(2)所示：
[0025]u(t)＝Ky(s
k
)
ꢀꢀꢀ
(2)；
[0026]其中，K是PI控制器的增益；u(t)为控制输入；
[0027]当式(1)中的不等式满足时，事件触发，通信网络将量测量传输到PI控制器，进行二次频率控制；当式(1)中的不等式不满足时，量测量不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有通信延迟的微电网事件触发频率控制系统，其特征在于：包括传感器、动态切换事件触发器、PI控制器、零阶保持器和执行器；传感器，被配置为用于将采集到微电网的信号y(t)传输至动态切换事件触发器中；动态切换事件触发器，被配置为用于根据所设定的触发条件来判断是否将s
k
时刻数据y(s
k
)通过通信网络传输至远端的PI控制器；PI控制器，被配置为用于对s
k
时刻数据y(s
k
)进行处理，得到数据Ky(t
k
)；并将处理后的数据Ky(t
k
)经通信网络传输至零阶保持器；零阶保持器，被配置为用于在下一个符合触发条件数据来之前，一直保持上一次的数据；执行器，被配置为用于对微电网执行操作；传感器将采集到微电网的信号y(t)输送给动态切换事件触发器中，动态切换事件触发器中根据所设定的触发条件来判断是否将s
k
时刻数据y(s
k
)通过通信网络传输至远端的PI控制器，经过控制器处理后的数据Ky(t
k
)经通信网络传输至零阶保持器并且由执行器对微电网执行操作，在下一个符合触发条件数据来之前，零阶保持器一直保持上一次的数据。2.一种具有通信延迟的微电网事件触发频率控制方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的具有通信延迟的微电网事件触发频率控制系统，具体包括如下步骤：步骤1：利用传感器获取微电网中的数据，根据事件触发机制将符合条件的数据传输到PI控制器；步骤2：构造动态切换事件触发器；步骤3：稳定性判据的推导；步骤4：求解系统性能指标γ
min
。3.根据权利要求2所述的具有通信延迟的微电网事件触发频率控制方法，其特征在于：在步骤1中，利用传感器获取微电网中数据，采用事件触发机制将量测量进行选择性的传输，并通过通信网络传输到PI控制器进行频率控制；事件触发机制的触发过程如公式(1)所示：s
k+1
＝min{t≥s
k
+h|(y(t)
‑
y(s
k
))
T
Ω(y(t)
‑
y(s
k
))≥σ(t)y
T
(t)Ωy(t)}
ꢀꢀ
(1)；其中，Ω为正定的事件触发矩阵；σ(t)为阈值函数；y(t)为需要监测和控制量；s
k
为第k次动态切换事件触发器处理的时刻；s
k+1
为第k+1次动态切换事件触发器处理的时刻；y(s
k
)为t＝s
k
时刻监测和控制值；h为大于零的时间间隔；(y(t)
‑
y(s
k
))
T
和y
T
(t)分别为(y(t)
‑
y(s
k
))和y(t)的转置；零阶保持器的更新时间为t
k
＝s
k
+δ
k
；δ
k
∈[0,δ
M
]为从传感器和零阶保持器之间所有通信延迟的集合；δ
M
为通信延迟集合中延迟的最大值；为采样瞬间s
k
满足的时间序列；PI控制器的控制规则设计如公式(2)所示：u(t)＝Ky(s
k
)
ꢀꢀ
(2)；其中，K是PI控制器的增益；u(t)为控制输入；当式(1)中的不等式满足时，事件触发，通信网络将量测量传输到PI控制器，进行二次
频率控制；当式(1)中的不等式不满足时，量测量不会被传输，事件不触发，PI控制器将保持上一个时刻的传输值y(s
k
)来进行控制。4.根据权利要求2所述的具有通信延迟的微电网事件触发频率控制方法，其特征在于：在步骤2中，具体包括如下步骤：步骤2.1：构造微电网的状态空间模型；其中，为状态变量的集合，u(t)为控制输入，w(t)为系统的扰动，v(t)为测量过成中存在的测量误差；为参数矩阵，为输入矩阵，为扰动矩阵；步骤2.2：构造微电网的闭环控制系统模型；利用Δf(t)作为PI控制器的输入，设计PI型控制器如下：其中，是一个虚拟状态变量；Δf(t)为频率的偏差；k
p
,k
i
分别为PI控制器的控制参数；令K＝[k
p
,k
i
]，相应的控制设计如公式(2)所示；微电网的闭环控制系统的闭环状态空间方程如公式(5)所示：其中，w(t)＝col{ΔP
Wind
(t),ΔP
Solar
(t),ΔP
d
(t)},(t)},表示以为列向量的矩阵；表示以为列向量的矩阵；col{ΔP
Wind
(t),ΔP
Solar
(t),ΔP
d
(t)}表示以ΔP
Wind
(t),ΔP
Solar
(t),ΔP
d
(t)为列向量的矩阵；08×1表示为8行1列的零矩阵；01×8表示为1行8列的零矩阵；01×3表示为1行3列的零矩阵；步骤2.3：构造事件触发控制模型；
信号在通信过程中遇到延迟δ
k
，会导致从动态切换事件触发器发送的信号和到达零阶保持器的信号是不同的；由于t
‑
δ(t)∈[s
k
+h,s
k+1
),t∈[t
k
+h,t
k+1
)，利用凸组合的形式，构造了如公式(6)所示的延迟函数：其中，δ(t
k
+h)＝δ
k
,δ(t
k+1
)＝δ
k+1
；h表示设定的采样最小下限；结合式(1)和(2)，公式(6)中的虚拟延迟函数δ(t)满足下述不等式：0≤σ(t)[C2x(t
‑
δ(t))+Dv(t
‑
δ(t))]
T
Ω
×
[C2x(t
‑
δ(t))+Dv(t
‑
δ(t))]
‑
e
T
(t)Ωe(t)
ꢀꢀꢀ
(7)；其中，t∈[t
k
+h,t
k+1
)；e(t)＝y(s
k
)
‑
y(t
‑
δ(t))；动态参数σ(t)定义如公式(8)所示：其中，κ和是给定的常数；基于上述讨论，公式(5)进一步写为如公式(9)所示：其中，τ(t)＝t
‑
s
k
≤h+δ
M
＝τ
M
,t∈[t
k
,min{t
k
+h,t
k+1
}),e(t)＝y(s
k
)
‑
y(t
‑
δ(t)),t∈[min{t
k
+h,t
k+1
},t
k+1
),动态切换的事件触发控制，满足下述条件：公式(9)在w(t)≡0,v(t)≡0和通信延迟δ
k
存在的情况下是渐进稳定的；由于扰动的存在，为使干扰抑制度γ最小；对于任何非零扰动w(t),γ＞0和零初始条件应满足下列不等式：||z(t)||2＜γ||w(t)+v(t
‑
τ(t))||2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)；||z(t)||2和||w(t)+v(t
‑
τ(t))||2分别表示为z(t)和w(t)+v(t
‑
τ(t))的2范数；当t
k
+h＜t
k+1
时，动态切换事件触发控制方...

【专利技术属性】
技术研发人员：于永进，孙国强，吴健鹏，陈旭，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：