肖 成

引言

多頻組合電力系統(tǒng)具有出力不確定性的特性，對系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性造成了嚴(yán)重威脅。針對中長期電力負(fù)荷頻率的波動(dòng)問題，本文采用改進(jìn)果蠅算法設(shè)計(jì)了一種電力負(fù)荷頻率控制方法，賦予控制過程的自抗擾屬性，實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷頻率自抗擾控制。

一、電力負(fù)荷頻率自抗擾控制方法設(shè)計(jì)

多頻組合中長期電力負(fù)荷具有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的特性，通常情況下，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷頻率也呈穩(wěn)態(tài)特性變化；當(dāng)系統(tǒng)聯(lián)結(jié)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，負(fù)荷頻率體現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化特性[1]，因此，為在不同條件下更好地控制電力負(fù)荷頻率，本文設(shè)計(jì)內(nèi)模負(fù)荷頻率控制器實(shí)現(xiàn)頻率自抗擾控制。

內(nèi)模控制具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)算簡便的優(yōu)勢，是其他一些需要通過模型來實(shí)現(xiàn)控制器設(shè)計(jì)的方法的依據(jù)。P表示被控制對象；Q表示控制器中的跟蹤微分器；Qd表示自抗擾內(nèi)?？刂破鳌?/p>

本文設(shè)計(jì)的電力負(fù)荷控制器包含三個(gè)子控制器，分別為跟蹤微分器（TD）、擴(kuò)張狀態(tài)觀測器（ESO）以及非線性組合部件（NLSEF），通過三個(gè)子控制器的單獨(dú)控制，計(jì)算擾動(dòng)估計(jì)值和步長輸出值，之后將輸出結(jié)果進(jìn)行擬合，得到最終控制器。

首先對對象模型δ進(jìn)行分解，分為兩個(gè)部分[2-3]：

擴(kuò)張狀態(tài)觀測器（ESO）的控制過程為[4]：

非線性控制（NLSEF）可將微分器與觀測器的輸出量進(jìn)行綜合控制，其控制過程為[5]：

將式（1）～（4）進(jìn)行整合，并結(jié)合負(fù)荷頻率動(dòng)態(tài)模型，得到最終自抗擾內(nèi)?？刂破魅缦滤綶6]：

根據(jù)負(fù)荷頻率變化特性，將電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率動(dòng)態(tài)模型分解為兩個(gè)子模型，設(shè)計(jì)包含三個(gè)控制部分的自抗擾內(nèi)?？刂破鳎瑢?shí)現(xiàn)負(fù)荷頻率的控制。

負(fù)荷頻率控制器參數(shù)優(yōu)化的目的在于在一定的搜索范圍內(nèi)找到合適的的值，使得控制器的輸出值為最佳。在優(yōu)化過程中，以負(fù)荷頻率控制性能為適應(yīng)度，設(shè)置初始算法的參數(shù)，然后運(yùn)行負(fù)荷頻率動(dòng)態(tài)模型，得到目標(biāo)函數(shù)適應(yīng)值，將其與果蠅算法中的適應(yīng)值相比較，如果滿足迭代結(jié)束標(biāo)志或者迭代次數(shù)等于最大迭代次數(shù)則結(jié)束搜索；若不滿足精度要求返回循環(huán)。本文采用的是實(shí)數(shù)編碼，編碼形式為實(shí)數(shù)編碼，對P控制器參數(shù)搜索中的每個(gè)果蠅個(gè)體的坐標(biāo)編碼：。

利用改進(jìn)果蠅算法優(yōu)化負(fù)荷頻率控制器整定參數(shù)的具體步驟如下：

設(shè)置蠅群大小、個(gè)體數(shù)量、最大步長和群體位置等算法參數(shù)；

賦予果蠅一部分自適應(yīng)搜索步長算法尋優(yōu)，另一部分按固定步長尋優(yōu)；

預(yù)計(jì)第K個(gè)體和原地位置之間的距離，估算味道濃度值；

將上一步計(jì)算得出的指標(biāo)作為新的適應(yīng)度函數(shù)值，并與初始適應(yīng)度值比較，若滿足條件則完成迭代，進(jìn)而得到最佳的控制器參數(shù)，否則，重新確定群體中最優(yōu)位置即味道濃度最高的地方，之后果蠅其他群體朝該位置坐標(biāo)移動(dòng)，生成新的果蠅群體，重復(fù)以上步驟，直到滿足迭代終止要求，輸出最優(yōu)控制器整定參數(shù)。

利用改進(jìn)果蠅算法，根據(jù)如上優(yōu)化步驟對負(fù)荷頻率控制器整定參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以求得期望的控制性能的負(fù)荷頻率控制器，使得頻率控制結(jié)果符合實(shí)際應(yīng)用需求。

二、實(shí)驗(yàn)論證

為測試文中所提電力負(fù)荷頻率自抗擾控制方法的實(shí)際性能，選取典型多頻組合中長期電力系統(tǒng)為研究對象，該系統(tǒng)的空調(diào)集群數(shù)量為臺(tái)，頻差死區(qū)，單體最大和最小輸出功率限制分別為。在MATLAB/Simulink平臺(tái)上，將上述相關(guān)參數(shù)輸入或代入圖1，獲得具體的風(fēng)電數(shù)據(jù)和負(fù)荷頻率響應(yīng)代碼，由M文件編寫并與系統(tǒng)模型連接，實(shí)現(xiàn)仿真過程。選取不同方法作為所提方法的實(shí)驗(yàn)對比方法。記文獻(xiàn)[1]基于大變異遺傳算法的負(fù)荷頻率自抗擾控制為方法1，文獻(xiàn)[2]基于一致性算法的負(fù)荷頻率控制為方法2。

圖1 隨機(jī)負(fù)荷擾動(dòng)

為測試基于改進(jìn)果蠅算法的電力負(fù)荷頻率控制方法在隨機(jī)負(fù)荷擾動(dòng)下的控制性能，根據(jù)隨機(jī)負(fù)荷的變動(dòng)情況，對系統(tǒng)輸入如圖1所示的隨機(jī)負(fù)荷擾動(dòng)。

如圖1所示，隨機(jī)負(fù)荷擾動(dòng)具有變化不規(guī)律且無周期性的特點(diǎn)，利用該工況能夠測試負(fù)荷頻率控制方法的綜合控制性能。

同時(shí)采用方法1方法2與文中方法對上圖工況下的負(fù)荷頻率進(jìn)行自抗擾控制，不同方法的控制效果及對比如圖2所示。

圖2 隨機(jī)負(fù)荷擾動(dòng)下的負(fù)荷頻率控制對比結(jié)果

從圖2可以發(fā)現(xiàn)，文中所提方法對于隨機(jī)負(fù)荷擾動(dòng)的頻率控制性能較為顯著。

在電力系統(tǒng)中引入階躍負(fù)荷，如圖3所示。

圖3 階躍負(fù)荷擾動(dòng)

如圖3所示，系統(tǒng)在第5s和第25s時(shí)分別受到0.018p.u.和0.018p.u.的上升與下降趨勢的階躍負(fù)荷擾動(dòng)。

對受到階躍負(fù)荷擾動(dòng)下的系統(tǒng)進(jìn)行頻率控制，得到的控制效果及對比如圖4所示。

圖4 階躍擾動(dòng)下的負(fù)荷頻率控制對比結(jié)果

根據(jù)圖4對比可知，自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制對象的最佳輸出值，故對于階躍負(fù)荷擾動(dòng)下的負(fù)荷頻率控制性能較好。

結(jié)束語

本文研究了多頻組合中長期電力負(fù)荷頻率自抗擾方法，并引入了改進(jìn)果蠅算法優(yōu)化頻率控制器的整定參數(shù)，體現(xiàn)了基于改進(jìn)果蠅算法的電力負(fù)荷頻率自抗擾控制方法的有效性與優(yōu)越性。