基于積分二次約束改進(jìn)算法的時延電網(wǎng)控制策略研究

郭克 肖寧

摘? 要： 電力系統(tǒng)中信號傳輸?shù)臅r間滯后通常會導(dǎo)致通信時延，影響電網(wǎng)的調(diào)控系統(tǒng)控制效率，從而造成電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性降低。針對電力系統(tǒng)的通信時延問題，文中提出一種基于積分二次約束改進(jìn)算法的時延電網(wǎng)控制策略。首先在考慮通信時延的基礎(chǔ)上搭建電網(wǎng)微分方程模型，然后在算法中對電網(wǎng)的輸入與輸出設(shè)置約束條件，再結(jié)合耗散理論對積分二次約束算法進(jìn)行改進(jìn)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)時延反饋控制器，來提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，判定依據(jù)的保守性。最后，在電力系統(tǒng)安全分析軟件中對算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，所提出的基于積分二次約束改進(jìn)算法的時延電網(wǎng)控制策略能夠有效抑制振蕩，同時減少通信時延對電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響。

關(guān)鍵詞： 時延電網(wǎng); 控制策略; 時延反饋控制; 模型搭建; 約束條件設(shè)置; 仿真驗(yàn)證

中圖分類號： TN876?34; TP212? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2019）16?0010?05

0? 引? 言

隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，因此，需要電網(wǎng)內(nèi)部各類變量實(shí)現(xiàn)全局測量與快速傳輸。而相量測量裝置（Phase Measurement Unit，PMU）與電網(wǎng)廣域測量系統(tǒng)（Wide Area Measurement System，WAMS），能較好地勝任此任務(wù)。然而在相量測量裝置工作時，廣域電網(wǎng)數(shù)據(jù)的測量、傳輸及控制命令的下達(dá)等環(huán)節(jié)通常存在通信時延[1?3]。此時電網(wǎng)廣域測量系統(tǒng)的內(nèi)部傳輸通道在進(jìn)行通信傳輸時也會存在通信時延，且傳輸介質(zhì)與裝置的類型、材質(zhì)不同也會使時延特性不同[4?6]。相量測量裝置與電網(wǎng)廣域測量系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對通信時延的量化。測量結(jié)果表明，通信時延量級通常為毫秒級[7]?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明，即便通信時延較小，也會造成電網(wǎng)控制器性能惡化以至失效。而當(dāng)通信時延較大時，會導(dǎo)致電網(wǎng)失去穩(wěn)定而發(fā)生嚴(yán)重事故，這使電力系統(tǒng)的控制面臨新的挑戰(zhàn)[8?10]。因此，對基于通信時延的電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制研究具有重要意義。

本文提出的積分二次約束改進(jìn)算法在其基礎(chǔ)上，對包含時延量的狀態(tài)變量設(shè)立邊界條件進(jìn)行約束。首先，在考慮遠(yuǎn)距離的通信時延的基礎(chǔ)上，結(jié)合耗散不等式設(shè)計(jì)反饋控制器;然后，采用Matlab中的線性矩陣不等式工具箱求解相應(yīng)參數(shù)，提升穩(wěn)定性判定依據(jù)的保守性，保障時延電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行;最后，搭建時延電力系統(tǒng)仿真模型，驗(yàn)證該算法在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性控制方面相較于不考慮時延的算法性能更優(yōu)。

4? 結(jié)? 論

通信時延通常會導(dǎo)致電網(wǎng)控制系統(tǒng)性能下降以至失去作用。本文提出的基于積分二次約束改進(jìn)算法的時延電網(wǎng)控制策略設(shè)定通信時延狀態(tài)變量約束條件，在考慮廣域系統(tǒng)遠(yuǎn)距離通信時延的基礎(chǔ)上結(jié)合耗散理論設(shè)計(jì)了時延反饋控制器，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。相比于傳統(tǒng)不考慮時延的電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定器，本文所設(shè)計(jì)基于積分二次約束改進(jìn)算法的時延反饋控制器控制性能更優(yōu)。通過搭建廣域時延電力系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明基于積分二次約束算法設(shè)計(jì)的時延電網(wǎng)控制策略能有效提升電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 張放，程林，黎雄，等.廣域閉環(huán)控制系統(tǒng)時延的測量及建模（一）：通信時延及操作時延[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2015，35（22）：5768?5777.

ZHANG Fang， CHENG Lin， LI Xiong， et al. Delay measurement and modeling in a wide?area closed?loop control system， Part I： communication delay and operational delay [J]. Proceedings of the CSEE， 2015， 35（22）： 5768?5777.

[2] 張放，程林，黎雄，等.廣域閉環(huán)控制系統(tǒng)時延的測量及建模（二）：閉環(huán)時延[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2015，35（23）：5995?6002.

ZHANG Fang， CHENG Lin， LI Xiong， et al. Delay measurement and modeling in a wide?area closed?loop control system， Part II： closed?loop delay [J]. Proceedings of the CSEE， 2015， 35（23）： 5995?6002.

[3] MILANO F， ANGHEL M. Impact of time delays on power system stability [J]. IEEE transactions on circuits and systems I： regular papers， 2012， 59（4）： 889?900.

[4] NADUVATHUPARAMBIL B， VALENTI M C， FELIACHI A. Communication delays in wide area measurement systems [C]// Proceedings of the Thirty?Fourth Southeastern Symposium on System Theory. Huntsville： [s.n.]， 2002： 118?122.

[5] 潘天亮，蔡澤祥，席禹，等.基于OPNET的廣域測量系統(tǒng)仿真與通信延時性能分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017，45（17）：51?57.

PAN Tianliang， CAI Zexiang， XI Yu， et al. Simulation of WAMS and performance analysis communication delay based on OPNET [J]. Power system protection and control， 2017， 45（17）： 51?57.

[6] 鄭書朋，杜勇，韓俊偉.基于DCPS的分布式實(shí)時通信體系結(jié)構(gòu)分析及時延測試[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015，37（5）：559?564.

ZHENG Shupeng， DU Yong， HAN Junwei. Structure analysis and delay test for DCPS based distributed real?time communication system [J]. Journal of Shenyang University of Technology， 2015， 37（5）： 559?564.

[7] CHENG L， CHEN G， GAO W Z， et al. Adaptive time delay compensator （ATDC） design for wide?area power system stabilizer [J]. IEEE transactions on smart grid， 2014， 5（6）： 2957?2966.

[8] LI J， CHEN Z H， CAI D S， et al. Delay?dependent stability control for power system with multiple time?delays [J]. IEEE transactions on power systems， 2016， 31（3）： 2316?2326.

[9] 張振軍，孫軍，覃杰.計(jì)及時延的互聯(lián)電力系統(tǒng)分散式阻尼控制[J].電測與儀表，2017，54（11）：84?88.

ZHANG Zhenjun， SUN Jun， QIN Jie. Decentralized damping control of interconnected power system with time delay [J]. Electrical measurement & instrumentation， 2017， 54（11）： 84?88.

[10] 胡楠，李興源，楊毅強(qiáng)，等.考慮時變時滯影響的直流廣域阻尼自適應(yīng)控制[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014，38（2）：281?288.

HU Nan， LI Xingyuan， YANG Yiqiang， et al. Adaptive wide?area damping control for HVDC transmission system considering influence of time?varying delay [J]. Power system technology， 2014， 38（2）： 281?288.

[11] ZRIBI M， MAHMOUD M S， KARKOUB M， et al. H∞?controllers for linearised time?delay power systems [J]. IET proceedings?generation transmission and distribution， 2000， 147（6）： 401?408.

[12] ALSHULLER D A. Delay?integral?quadratic constraints and stability multipliers for systems with MIMO nonlinearities [J]. IEEE transactions on automatic control， 2011， 56（4）： 738?747.

[13] KAO C Y， RANTZER A. Stability analysis of systems with uncertain time?varyingdelays [J]. Automatica， 2007， 43（6）： 959?970.

[14] KUNDUR P. Power system stability and control [M]. New York： McGraw?Hill Education， 1994.