CN113991707A - 采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制方法 - Google Patents

采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制方法 Download PDF

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CN113991707A CN202111626938.0A CN202111626938A CN113991707A CN 113991707 A CN113991707 A CN 113991707A CN 202111626938 A CN202111626938 A CN 202111626938A CN 113991707 A CN113991707 A CN 113991707A
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郭建平
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Abstract

本发明涉及电气控制技术领域，特别是涉及采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制方法，包括以下步骤：获取电力***的频率偏差；确定第一输入量和第二输入量，其中，第一输入量为使得滑模轨迹到达滑模面，第二输入量为使得滑模轨迹保持在滑模面上；根据所述第一输入量和第二输入量确定控制信号。本发明与传统二阶滑模控制比较，可以显著减小***的抖振性。

Description

采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制方法
技术领域
本发明涉及电气控制技术领域，特别是涉及采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制方法、装置、计算机设备及存储介质。
背景技术
滑模控制（sliding mode control，SMC）也叫变结构控制，本质上是一类特殊的非线性控制，且非线性表现为控制的不连续性。滑模控制对***的参数不确定性和外界扰动具有鲁棒性，因此被广泛应用。然而滑模控制具有抖振性这一缺点，为了减小抖振性，各种方法应运而生，包括二阶滑模控制方法和高阶滑模控制方法等。然而由于高阶滑模控制方法不具有自适应功能，控制***的抖振性依然较大。
发明内容
本发明提供了一种采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电力***的频率偏差，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE001
为频率偏差表示，其中t为时间；
确定第一输入量和第二输入量，其中，第一输入量为使得滑模轨迹到达滑模面，第二输入量为使得滑模轨迹保持在滑模面上；
所述第一输入量表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，k为系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为控制频率偏差的滑模面表示；
所述控制频率偏差的滑模面表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为一个正的系数；
所述第二输入量表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为第二输入量各项的系数；s为所述控制频率偏差的滑模面表示；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为所述控制频率偏差的滑模面表示的幂函数的指数；
所述
Figure DEST_PATH_IMAGE011
满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，方程有解，P为方程的解，且所有解均为负数；
所述控制频率偏差的滑模面表示的幂函数的指数满足下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
；
根据所述第一输入量和第二输入量确定控制信号；
其中，控制信号表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
。
本发明与传统二阶滑模控制比较，可以显著减小***的抖振性。
附图说明
图1为采用本发明控制方法控制的频率偏差得到的仿真波形示意图。
图2为传统的二阶滑模控制的频率偏差得到的仿真波形示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一。
一种采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制方法，包括以下步骤：
获取电力***的频率偏差，其中频率偏差表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，其中t为时间；
确定第一输入量和第二输入量，其中，第一输入量为使得滑模轨迹到达滑模面，第二输入量为使得滑模轨迹保持在滑模面上且最后收敛于零，本实施例中，所述滑模面为变滑模面；
所述第一输入量表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
其中，k为系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为控制频率偏差的滑模面表示；
所述控制频率偏差的滑模面表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为一个正的系数；
所述第二输入量表示为：
Figure 330567DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 220026DEST_PATH_IMAGE009
为第二输入量各项的系数；s为所述控制频率偏差的滑模面表示；
Figure 489333DEST_PATH_IMAGE010
为所述控制频率偏差的滑模面表示的幂函数的指数，本实施例中，第二输入量采用多项式的形式表示，该多项式中包括了控制输入量的滑模面表示的多个不同次数的项；
所述
Figure 461837DEST_PATH_IMAGE009
满足：
Figure 855909DEST_PATH_IMAGE012
，方程有解，P为方程的解，且所有解均为负数；
所述控制频率偏差的滑模面表示的幂函数的指数满足下式：
Figure 175158DEST_PATH_IMAGE013
；
根据所述第一输入量和第二输入量确定控制信号；
其中，控制信号表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
。
本发明用自适应高阶滑模控制方法来控制电力***的负荷频率。能很好的控制电力***的负荷频率偏差，而且***的抖振性明显减小。
本实施例中，电力***的频率偏差作为控制量，以切换控制和等效控制的方式实现，其中，切换控制使得滑模轨迹到达滑模面，而等效控制使得滑模轨迹保持在滑模面上。
本发明不仅可以减少抖振性，而且具有自适应功能，即可参数化的未建模动态。与二阶滑模控制作比较，电力***的频率偏差趋于零，而且***抖振性明显减小，具有很大的优越性。
以下对本发明实施例提供的自适应高阶控制方法的稳定性进行证明：
自适应高阶滑模控制满足下列条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
s的r阶导数满足下列方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
。
向量
Figure DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure DEST_PATH_IMAGE027
能表达成：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
其中满足如下条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
把式
Figure DEST_PATH_IMAGE030
带入
Figure DEST_PATH_IMAGE031
可得：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
Figure DEST_PATH_IMAGE033
可以表达为：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
滑模面可设计为：
Figure DEST_PATH_IMAGE035
滑模面的导数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
李雅普诺夫方程为：
Figure DEST_PATH_IMAGE037
对其求导，可得：
Figure DEST_PATH_IMAGE038
由
Figure DEST_PATH_IMAGE039
满足的不等式
Figure DEST_PATH_IMAGE040
可得：
Figure DEST_PATH_IMAGE041
，所以证明该方法能到达使滑模面。
如果让
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，可得
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，把
Figure DEST_PATH_IMAGE044
带入
Figure DEST_PATH_IMAGE045
可得
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，所以滑模轨迹将保持在滑模面上并趋于零，从而证明了方法的稳定性。
在本实施例中，应用对象为一个基于非再热汽轮机和再热汽轮机的二区域互联非线性电力***，输入量为频率偏差，输出量为控制信号w，区域1的扰动在t=1s为
Figure DEST_PATH_IMAGE047
，区域2的扰动在t=3s为
Figure DEST_PATH_IMAGE048
。
所得到的仿真波形如图1和图2所示，其中，图1为采用本发明控制方法控制的频率偏差得到的仿真波形；图2为传统的二阶滑模控制的频率偏差得到的仿真波形。从仿真结果看，本发明能使各个区域的频率偏差趋于零，从而达到控制目的，而且与传统的二阶滑模控制方法做比较，***的抖振性大大减小。
实施例二。
本实施例中提出了一种采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制装置，包括：
获取模块，用于获取电力***的频率偏差，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为频率偏差表示，其中t为时间；
第一确定模块，用于确定第一输入量和第二输入量，其中，第一输入量为使得滑模轨迹到达滑模面，第二输入量为使得滑模轨迹保持在滑模面上；
所述第一输入量表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE050
其中，k为系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE051
为控制频率偏差的滑模面表示；
所述控制频率偏差的滑模面表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE052
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
为系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
为一个正的系数；
所述第二输入量表示为：
Figure 450369DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 328195DEST_PATH_IMAGE009
为第二输入量各项的系数；s为所述控制频率偏差的滑模面表示；
Figure 537460DEST_PATH_IMAGE010
为所述控制频率偏差的滑模面表示的幂函数的指数；
所述
Figure 34300DEST_PATH_IMAGE009
满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE055
，方程有解，P为方程的解，且所有解均为负数；
所述控制频率偏差的滑模面表示的幂函数的指数满足下式：
Figure 543779DEST_PATH_IMAGE013
；
第二确定模块，用于根据所述第一输入量和第二输入量确定控制信号；其中，控制信号表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE056
。
实施例三。
本实施例提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述实施例1所述的一种采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制方法。
实施例四。
本实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述实施例1所述的一种采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制方法。
本发明所述的计算机设备的非易失性存储介质存储有操作***，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现本发明的相关算法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行数据分析与决策映射的作用。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本发明提供的算法实现主要以计算机程序的形式存在。计算机设备的存储器中可存储组成相应的矩阵分析算法。
在一个实施例中，提出了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序。
本领域普通技术人员可以理解实现的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电力***的频率偏差，其中，
Figure 207073DEST_PATH_IMAGE001
为频率偏差表示，其中t为时间；
确定第一输入量和第二输入量，其中，第一输入量为使得滑模轨迹到达滑模面，第二输入量为使得滑模轨迹保持在滑模面上；
所述第一输入量表示为：
Figure 983268DEST_PATH_IMAGE002
其中，k为系数；
Figure 559743DEST_PATH_IMAGE003
为控制频率偏差的滑模面表示；
所述控制频率偏差的滑模面表示为：
Figure 689373DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 598686DEST_PATH_IMAGE005
为系数，
Figure 217886DEST_PATH_IMAGE006
为一个正的系数；
所述第二输入量表示为：
Figure 953761DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 746136DEST_PATH_IMAGE009
为第二输入量各项的系数；s为所述控制频率偏差的滑模面表示；
Figure 149436DEST_PATH_IMAGE010
为所述控制频率偏差的滑模面表示的幂函数的指数；
所述
Figure 736275DEST_PATH_IMAGE009
满足：
Figure 959446DEST_PATH_IMAGE011
，方程有解，P为方程的解，且所有解均为负数；
所述控制频率偏差的滑模面表示的幂函数的指数满足下式：
Figure 991730DEST_PATH_IMAGE012
；
根据所述第一输入量和第二输入量确定控制信号；
其中，控制信号表示为：
Figure 108591DEST_PATH_IMAGE013
。
2.一种采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取电力***的频率偏差，其中，
Figure 7277DEST_PATH_IMAGE014
为频率偏差表示，其中t为时间；
第一确定模块，用于确定第一输入量和第二输入量，其中，第一输入量为使得滑模轨迹到达滑模面，第二输入量为使得滑模轨迹保持在滑模面上；
所述第一输入量表示为：
Figure 107957DEST_PATH_IMAGE015
其中，k为系数；
Figure 851922DEST_PATH_IMAGE016
为控制频率偏差的滑模面表示；
所述控制频率偏差的滑模面表示为：
Figure 292131DEST_PATH_IMAGE017
其中，
Figure 722237DEST_PATH_IMAGE005
为系数，
Figure 920000DEST_PATH_IMAGE006
为一个正的系数；
所述第二输入量表示为：
Figure 857869DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure 824688DEST_PATH_IMAGE009
为第二输入量各项的系数；s为所述控制频率偏差的滑模面表示；
Figure 189811DEST_PATH_IMAGE010
所述控制频率偏差的滑模面表示的幂函数的指数；
所述
Figure 937187DEST_PATH_IMAGE009
满足：
Figure 288534DEST_PATH_IMAGE011
，方程有解，P为方程的解，且所有解均为负数；
所述控制频率偏差的滑模面表示的幂函数的指数满足下式：
Figure 998607DEST_PATH_IMAGE012
；
第二确定模块，用于根据所述第一输入量和第二输入量确定控制信号；其中，控制信号表示为：
Figure 409997DEST_PATH_IMAGE013
。
3.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1所述的一种采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制方法。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现权利要求1所述的一种采用自适应高阶滑模控制的电力负荷频率控制方法。
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