[發(fā)明專利]基于逆向行為重構(gòu)的負(fù)荷頻率容錯控制系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111300633.0
• 申請日: 2021-11-04
• 公開（公告）號: CN113949064A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛飛;李宏強;李旭濤;李浩;張迪;楊挺;張爽;田蓓;馬鑫;張漢花;任勇;焦龍;楊慧彪;吳玫蓉;韓旭濤;唐子慧
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學(xué)研究院;天津大學(xué)
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00
• 代理公司: 寧夏合天律師事務(wù)所 64103
• 代理人: 張淼

1.一種基于逆向行為重構(gòu)的負(fù)荷頻率容錯控制系統(tǒng)，其特征在于：包括信息采集模塊、控制器庫模塊、逆向行為重構(gòu)模塊、性能指標(biāo)計算模塊、控制器選擇模塊：

信息采集模塊：利用設(shè)置在被控系統(tǒng)的傳感器采集感知被控系統(tǒng)的運行參數(shù)，根據(jù)接收的運行參數(shù)產(chǎn)生對應(yīng)的被控系統(tǒng)輸出量y'(t)；

控制器庫模塊：針對預(yù)計的信息/物理故障，設(shè)計對應(yīng)的控制器以保證故障系統(tǒng)的動態(tài)性能，形成基本控制器庫，其中，基本控制器庫中控制器數(shù)量為M+N，控制器庫Σ_c＝{Σ_c1,Σ_c2,…,Σ_c(M+N)}，控制器庫Σ_c表示針對特定運行場景所設(shè)計的控制器集合，M是指被控系統(tǒng)具有M種正常工作場景，N是指被控系統(tǒng)具有N種典型故障場景；

逆向行為重構(gòu)模塊：根據(jù)被控系統(tǒng)輸出量y'(t)、控制指令u'(t)以及已有的控制器庫Σ_c，以并行方式逆向重構(gòu)被控系統(tǒng)的動態(tài)行為，并獲得重構(gòu)的參考輸入重構(gòu)的參考輸入漸近收斂于理想的參考輸入r(t)；

性能指標(biāo)計算模塊：將被控系統(tǒng)輸出量y'(t)、重構(gòu)的參考輸入做均方根誤差計算，以獲得性能指標(biāo)MSE；

控制器選擇模塊：選擇與最小的性能指標(biāo)MSE對應(yīng)的控制器投入，從而實現(xiàn)零試錯一次性精準(zhǔn)投切。

2.如權(quán)利要求1所述的基于逆向行為重構(gòu)的負(fù)荷頻率容錯控制系統(tǒng)，其特征在于：基本控制器庫中的控制器集合通過如下方式獲得：

1)建立信息/物理故障的實時控制系統(tǒng)模型：

給出正常情形下的被控系統(tǒng)中的被控對象模型：

式中，x∈R^p、u∈R^q、ω∈R^r和y∈R^v分別為狀態(tài)變量、輸入變量、外部擾動變量和輸出變量，矩陣A、B、H、C、D為適維矩陣；

根據(jù)被控系統(tǒng)中出想的故障作用效果進行建模：

(1)故障類型建模

A.數(shù)據(jù)類故障建模,此類故障下，實際的控制量/量測量與真實之間滿足如下關(guān)系：

控制量：u_f(t)＝Γ^PΓ^Cu(t)

量測量：y_f(t)＝Ψ^CΨ^Py(t)

式中，下標(biāo)f表示故障狀態(tài)，Γ^P＝diag(γP1,γP2,…,γPp)，表示執(zhí)行器物理故障矩陣；Γ^C＝diag(γC1,γC2,…,γCp)表示控制器與執(zhí)行器間網(wǎng)絡(luò)故障矩陣；Ψ^C＝diag(ψC1,ψC2,…,ψCq),表示傳感器與控制器間網(wǎng)絡(luò)信息故障矩陣；Ψ^P＝diag(ψP1,ψP2,…,ψPq)，表示傳感器物理故障矩陣；

B.時效類故障建模，令τ_sc表示傳感器至控制器的網(wǎng)絡(luò)延時，τ_ca為控制器至被控系統(tǒng)中的執(zhí)行器的網(wǎng)絡(luò)延時，控制器發(fā)出的控制指令為u'(t)，接收的被控系統(tǒng)輸出量為y'(t)，與被控系統(tǒng)中的執(zhí)行器實際接收的控制中心發(fā)出的控制指令u(t)以及被控系統(tǒng)實際輸出量y(t)滿足

u(t)＝u'(t+τ_ca)

y'(t)＝y(tǒng)(t+τ_sc)

進一步地，采用Pade逼近技術(shù)對上述純時滯環(huán)節(jié)進行近似化處理，逼近后的狀態(tài)空間表述為

式中，x_ca(t)、x_sc(t)為Pade近似引入的中間變量，A_k,B_k,C_k,D_k分別為

其中，k＝{sc,ca}，l_k為逼近階數(shù)，a_i和b_i(i＝1,2,…,l_k)為逼近系數(shù)，由下式給出：

C.組件類故障建模，此類故障下，被控系統(tǒng)原有的運行結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)為狀態(tài)空間描述發(fā)生異常，即

式中，A'、B'、H'、C'、D'表示故障發(fā)生后的被控系統(tǒng)矩陣；

(2)信息/物理混合故障建模

基于對三類故障的數(shù)學(xué)建模，令增廣向量X＝[x,x_ca,x_sc]^T，建立計及信息/物理混合故障的電力物聯(lián)網(wǎng)實時控制系統(tǒng)狀態(tài)方程為

式中，A_f＝A'，B_f＝B'Γ^PΓ^C，H_f＝H'，C_f＝Ψ^CΨ^PC'，D_f＝Ψ^CΨ^PD'Γ^PΓ^C；

2)基本控制器庫范式化設(shè)計方法：

實時控制系統(tǒng)狀態(tài)方程具有模型不確定性，因此控制器設(shè)計必須對模型不確定性具備優(yōu)良的魯棒性，本申請參照混合H₂/H_∞方法進行基本控制器設(shè)計實現(xiàn)對已知故障的魯棒控制；

考慮被控系統(tǒng)具有M種正常工作場景和N種典型故障場景，故基本控制器庫中控制器數(shù)量為M+N，令Σ_c＝{Σ_c1,Σ_c2,…,Σ_c(M+N)}表示針對特定運行場景所設(shè)計的控制器集合，具有如下一般形式：

∑_cj:

式中，j＝1,2,…,M+N，x_uj(t)為控制器引入的中間變量，A_uj,B_uj,C_uj,D_uj為控制器系統(tǒng)矩陣。