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专利号: 2024117601606
申请人: 电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于奇异摄动理论的人类-微电网系统双时间尺度优化控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:充分考虑微电网的电气特性以及人类行为对能源需求与负载变化的影响机制,对经典微电网系统与人类行为分别进行建模,基于微电网运行与人类行为之间的复杂动态交互,构建一个结合人类行为模型和微电网模型的人类-微电网双时间尺度模型;

步骤2:应用奇异摄动理论,对双时间尺度模型进行快时间尺度和慢时间尺度的动态分离;

步骤3:针对分离后的慢时间尺度系统,侧重于在稳态条件下优化用户满意度与能耗平衡,以提升系统的长期适应性和稳定性,同时设计适应慢时间尺度的网络层优化控制器;

针对分离后的快时间尺度系统,重点关注系统的暂态响应特性,以确保在外界扰动下具有良好的抗干扰能力,实现系统的快速稳定,同时设计适应快时间尺度的网络层优化控制器;

步骤4:基于慢动态子系统优化控制器和快动态子系统优化控制器得到微电网系统的控制输入。

2.如权利要求1所述的人类-微电网系统双时间尺度优化控制方法,其特征在于,步骤1中人类-微电网双时间尺度模型的构建具体过程为:构建微电网模型:

其中,下标d和q分别表示直轴和交轴分量,上角标T表示转置;Cf和Lf分别表示滤波电容和滤波电感;变量g表示用户行为影响的用户负载,Rf和Rs分别代表滤波电阻和负载电阻;V为负载电压,It为发电单元生产电流,IL为负载电流,I为传输线上的电流,R为传输线的电阻,L为传输线的电感;u为输入电压,为微电网通信拓扑的边-节点关联矩阵,ωr为系统的运行频率,表示求导;

构建人类行为模型:

其中,c表示用户行为变量,B为行为变化的速度参数,F为干预强度矩阵,s为社会干预变量,n表示动机变量,whed为享乐价值,wbio为生物圈价值,D和E为权重参数;

则人类-微电网双时间尺度模型具体为:

3.如权利要求2所述的人类-微电网系统双时间尺度优化控制方法,其特征在于,所述微电网模型的物理基础为:交流微电网为低压孤岛式交流微电网,由N个产消者组成,这些产消者通过E条阻感传输线相互连接,微电网平衡对称且内部振荡器同步。

4.如权利要求2所述的人类-微电网系统双时间尺度优化控制方法,其特征在于,步骤2的具体过程为:对步骤1得到的人类-微电网双时间尺度模型进行整合,得到整合系统方程,其中,y为电气响应和行为动态,z为传输线上电流,x表示动机变量,x=[n];u为控制输入,w为价值观向量,H表示系统的价值观对行为动机的影响权重,H=[D E];P表示系统的外部因素,P=[D+E];B'y表示x对y的影响,Ayy、Ayz、Azy和Azz为中间过程矩阵;

应用奇异摄动理论对整合系统方程进行解耦,分解为快动态和慢动态子系统,其中,慢动态子系统表示为:其中,变量xs、ys、zs和us代表x、y、z和u的慢动态分量;

解耦的快动态子系统表示为:

其中,变量yf、zf和uf代表x、y和z的快动态分量。

5.如权利要求4所述的人类-微电网系统双时间尺度优化控制方法,其特征在于,步骤3的具体过程为:针对解耦得到的慢动态子系统设计优化控制器,具体过程为:构建慢动态目标函数

其中,下角标s表示慢分量,r表示目标值,i表示第i个用户,θci表示用户i的单位成本,θui表示用户i对满足其负载需求的满意度系数;参数ζ、κ、ρ、τ、φ、μ和ν是可调常数,‖‖2表示绝对值的平方;

以慢系统稳态下的条件作为约束条件,结合慢系统目标函数得到慢动态的优化问题,为优化变量,()*表示优化变量,和为状态变量的优化变量,为控制变量的优化变量;

基于Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件,则可得慢动态的优化问题中所有相关变量的最优解,即可得到慢动态子系统优化控制器针对解耦得到的快动态子系统设计优化控制器,具体过程为:构建快动态目标函数

其中,下角标f表示快分量,θu'i反映了用户负载对行为变量cif的影响,θc'i表示调整电流变量Itdf和Itqf所产生的成本;ζ′表示控制在优化过程中对行为的权重;κ′表示控制在优化过程中对电流的权重;τ′和φ′表示控制在优化过程中对电压偏差的权重;μ′和ν′表示控制在优化过程中对控制输入的权重;

以快系统的稳态条件作为约束条件,结合快系统目标函数得到快动态的优化问题,快动态优化问题的拉格朗日函数的显式形式如下:

其中,λ为对应约束的拉格朗日乘子向量,

基于Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件,则可得快动态的优化问题中所有相关变量的最优解;

为了保持微电网系统的稳定性,需要将实际物理值输入下式,可得快动态子系统优化控制器sf*:矩阵θ1,θ2,θ3,θ4....∈RN×N是正对角矩阵,γ1,γ2,γ3是耦合参数。

6.如权利要求5所述的人类-微电网系统双时间尺度优化控制方法,其特征在于,快动态优化问题中,每个控制器通过与物理网络拓扑一致的通信网络与其相邻节点交换信息。

7.如权利要求5所述的人类-微电网系统双时间尺度优化控制方法,其特征在于,在慢系统的稳态下,以下条件成立:

0=Hw-Pxs

其中

在快系统的稳态下,以下条件成立:

8.如权利要求5所述的人类-微电网系统双时间尺度优化控制方法,其特征在于,耦合参数γ1,γ2,γ3具体为:γ1=Itd,γ2=Itq,γ3=-2FTBTPTc,其中,矩阵P由李雅普诺夫方程BTP+PB+Q=0确定,P是待解的对称正定矩阵,Q是给定的对称正定矩阵。

9.如权利要求1所述的人类-微电网系统双时间尺度优化控制方法,其特征在于,步骤4的具体过程为:基于慢动态子系统优化控制器和快动态子系统优化控制器sf*得到微电网系统的控制输入,具体为:sf=sf*,