[發明專利]基于事件觸發的回聲狀態網絡自適應負荷頻率控制方法

有效

• 申請號: 202110599230.4
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113241762B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 王占山;邢彥麗;鄭碧波;范曉飛
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/24
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種基于事件觸發的回聲狀態網絡自適應負荷頻率控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：根據電力閉環系統的結構參數建立電力閉環系統的狀態空間表達式；

步驟2：分析由回聲狀態網絡訓練的負荷頻率控制問題，建立圍繞負荷頻率控制問題下的回聲狀態網絡的模型，如下式所示：

其中，Z是N維的動態儲備池狀態；c₁＞0是回聲狀態網絡計算的時間常數，c₂＞0是儲備池神經元的泄漏率；(ACE_i?ACE_ref?error)為網絡的輸入，error是當前時刻區域控制誤差ACE_i和期望值ACE_ref之間的偏差；網絡的輸出為在本方法中對應控制器的增益Φ；φ(·)和g(·)是激活函數；回聲狀態網絡的結構包括：輸入層、儲備池和輸出層，對應的神經元個數分別為K、N和L；和分別是輸入權值矩陣、儲備池狀態權值矩陣、輸出權值矩陣和反饋連接權值矩陣；

根據式(7)所示的網絡模型，以及負荷頻率控制系統的參數，得到控制器的具體增益；

步驟3、對基于事件觸發的回聲狀態網絡的自適應控制器進行設計；

步驟3.1、設計觸發閾值；具體方法為：

基于連續時間事件觸發進行設計，用表示事件發生時的時間瞬間，并且t_k＜t_k+1；假設t₀＝0，第一次事件發生在t₀時刻；下一次采樣時刻為：

其中，e(t)＝x(t_k)-x(t)，即t時刻的負荷頻率控制系統的狀態x(t)與上一個觸發狀態x(t_k)之間的差；是給定參數(ε＞1,0＜α＜1,ε₀≥0)下的指數衰減的事件觸發閾值；通過比較e(t)范數與γ(t)的大小進行判斷是否需要進行控制器更新；如果e(t)范數大于γ(t)，即觸發，利用當前的數據，進行控制器更新，獲得新的控制結果以及系統輸出；而當前時刻t的系統狀態變為新的觸發狀態；

步驟3.2：事件觸發的回聲狀態網絡自適應控制器設計；具體方法為：

通過回聲狀態網絡的逼近能力，理想的控制器表達為：

u^*(t)＝g(W^out*[Z,(ACE_i?ACE_ref?error)^T]^T)Cx(t_k)?????????????????(9)

其中，W^out*是回聲狀態網絡的理想狀態的輸出權值；g(·)是網絡的一個有界的激活函數，并且為該激活函數的界；C是狀態空間表達式中一個已知的具有合適維數的系數矩陣；

加入最優控制輸入u^*，則線性閉環系統被寫做：

其中，A_c是一個Hurwitz矩陣；存在正定對稱的矩陣P、Q滿足如下方程：

A_c^TP+PA_c＝-Q???????????????????????????????????????????????????(11)

而在事件觸發中，實際的基于事件的控制輸入表示為：

u(t)＝g(W^out[Z,(ACE_i?ACE_ref?error)^T]^T)Cx(t_k)??????????????????(12)

其中，W^out是回聲狀態網絡的實際狀態的輸出權值；

當事件觸發的條件滿足，則回聲狀態網絡就通過輸入的數據進行訓練更新，得到網絡的輸出即控制器增益，控制器通過系統狀態以及控制器增益和系統的觸發狀態得到下一時刻的控制輸出，參與到負荷頻率控制中；

步驟3.3、網絡的更新與訓練；具體方法為：

在步驟3.2中的W^out是根據系統的數據進行訓練學習的，每次的學習迭代都將獲得一個W^out，進而計算控制器的輸出u(t)；

網絡的輸出權值是以下面的更新率進行更新的：

其中，η是輸出權值的更新率；用均方差對輸出權值進行訓練，即：

其中，y_ref(t)為期望的負荷頻率控制系統的輸出；

偏導數給出如下：

其中，i＝1,2,…,L；j＝1,2,…,N+K；

令X′＝(ACE_i?ACE_ref?error)^T，則更新的輸出權值表示為：

本訓練就是通過不斷縮小期望與實際之間的誤差進行網絡的逼近，通過均方差訓練學習，獲得每次的權值的偏差值，疊加上一時刻的輸出權值，得到新的輸出權值，進而參與到控制器中；

步驟4、計算基于事件觸發的回聲狀態網絡的自適應控制器在負荷頻率控制系統達到穩定的充分條件，保證事件觸發的有效性、真實性、可行性，使得基于事件觸發的自適應回聲狀態網絡的負荷頻率控制得以實現。

2.根據權利要求1所述的基于事件觸發的回聲狀態網絡自適應負荷頻率控制方法，其特征在于：所述步驟4的具體方法為：

步驟4.1、步驟1中的電力閉環系統，加入事件觸發的回聲狀態網絡自適應控制器，其狀態方程為：

其中的擾動ΔP_d是系統的電網負荷偏差，被定義為有界擾動，且存在一個常數δ，有||ΔP_d||≤δ；

當存在矩陣P∈R^n×n，標量δ，μ＞0使得以下的不等式成立：

則閉環系統式(1)在事件觸發控制u(t)＝g(W^out[Z,X′]^T)Cx(t_k)和由所確定的觸發條件公式(8)下是有界穩定的；即當下式不滿足時，閉環控制系統進行事件觸發，控制器信號進行更新；

||e(t)||≥γ(t)????????????????????????????????????(21)

考慮如下的李雅普諾夫函數

V(x)＝x^TPx???????????????????????????(22)

則

其中，其中I_n為n維的單位陣，γ即上述的γ(t)；λ_min(Ω)表示矩陣Ω的最小特征值；

則，當成立時，系統為有界穩定，才能將控制進行下去；

步驟4.2、計算步驟3中的事件觸發時間間隔，以保證事件觸發的實際可行；

考慮步驟4.1中的閉環系統，對于由步驟2中公式(8)確定的采樣時刻，和所提出的控制律公式(12)，計算得最小事件間隔T的下界是一個正標量；即T＝t_k+1-t_k≥ζ，

其中，如此即能保證事件觸發的兩個事件之間存在一定的時間間隔，保證事件觸發的有效性、真實性、可行性，使得基于事件觸發的自適應回聲狀態網絡的負荷頻率控制得以實現。