[发明专利]基于二维云模型的自适应分数阶PID负荷频率控制方法

说明书

本发明公开了基于二维云模型的自适应分数阶PID负荷频率控制方法，是指采用二维云模型进行参数整定的方法对传统的分数阶PID控制器进行参数自整定，得到二维云模型自适应分数阶PID控制器；二维云模型自适应分数阶PID控制器主要包括二维云处理器和分数阶PID控制器，将输入量经过云化、查询云规则库、云推理、逆云化等步骤，转化为分数阶PID控制器的调节参数，主要应用于含电动汽车换电站的多区域互联电力系统发生负荷扰动和参数摄动，系统频率出现波动与较大偏差的情况。本发明方法能够凭借良好的控制性能，消除系统的频率偏差，有效抑制频率波动，使系统频率快速恢复到额定值，有利于维护电力系统的正常稳定运行，提高电能质量。

技术领域

本发明涉及智能电网频率控制技术领域，具体涉及一种基于二维云模型的自适应分数阶PID负荷频率控制方法。

背景技术

电网频率是衡量电能质量优劣的一项重要指标，维持电网频率的稳定是确保电力系统安全稳定的必要条件。电力系统想要满足安全性与稳定性的性能要求，就需要使系统频率维持在允许范围内。信息科技的发展所带来的庞大电力需求对稳定供电提出了更高的要求，同时现代电力系统的规模在不断扩大，电网中新能源电源的广泛应用也成为造成电网频率更不稳定的可能因素。

离线整定方法通常适用于对实时性要求不高的场景，一般在需要批量处理、延时较高的场合比较实用，离线整定需要人为规定一个时间段为一周期，每个周期对控制器参数进行重新整定。这种整定方式一般比较繁琐，并且通常为了减少整定的任务量，通常会将周期设定的比较长，大部分的控制器都依靠提前人工设定好的参数进行控制，在控制过程中并不能根据频率的实时变化来实时调整自己的参数，在面对电力系统复杂多变的情况时，控制器的控制效果往往会大打折扣；与之相对的在线整定方法，也称为实时整定，能够采集每时每刻电力系统中的频率偏差，通过实时计算，实时对控制器进行调参，具有低延时、高性能的优点。

云模型控制器将云模型模块与分数阶PID控制器结合在了一起，云模型通过使用语言变量来实现定性概念和定量表示之间的转换，相较于传统的模糊控制，云模型在参数整定过程中加入了随机性的概念，通过正态分布的随机数来随机表示定性概念，对于电力系统中随机性的频率波动具有更好的控制效果，更适用于电力系统中频繁出现的小波动、小情况。同时，云模型控制器则相较于传统的PID控制器在调参时要多出两个自由度，能够更加灵活、更加准确的控制受控对象，在观察到电力系统的动态行为后具有更加优秀的控制效果。关于电力系统的不确定性造成控制器参数调节难度上升和控制效果变差的问题是本发明研究的重点与难点。

发明内容

本发明的目的是为了解决常规负荷频率控制器参数难以在线整定的问题，是基于二维云模型的自适应分数阶PID负荷频率控制方法，是分别建立二维云模型控制器和分数阶PID模型，利用二维云模型控制器对输入量进行云化、查询云规则库、推理、逆云化的操作，再将二维云模型控制器的输出量输入到分数阶PID控制器中，分别整定分数阶PID控制器的5个参数；适用于多区域互联电网中发生负荷扰动、频率出现波动的情况，仿真实验证明，该方法能够有效提高频率控制器的控制性能，使系统频率快速恢复到正常值，提升系统的鲁棒性。

本发明解其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于二维云模型的自适应分数阶PID负荷频率控制方法，包括：

对互联电网任一区域的联络线功率偏差、区域频率偏差和频率偏置常数进行采样，获取到对应的区域控制偏差，将所述区域控制偏差作为误差信号E，将所述区域控制偏差经过微分项的输出作为偏差变化率E_c；

将误差信号E和偏差变化率E_c分别进行归一化处理后作为二维云模型控制器的输入，所述二维云模型控制器将输入的数值转化为相应的状态语言；