基于線性矩陣不等式的電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化魯棒控制

1、第37卷第20期第37卷第20期電力系統(tǒng)自動(dòng)化V0137No202021年10月25日Automationof Electric Power Systems0ct25，2021DOI：107500AEPS202107097基于線性矩陣不等式的電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化魯棒控制張立巖1，趙俊華1，文福拴1，薛禹勝2，王健3(1浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，浙江省杭州市310027；2南瑞集團(tuán)公司(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院)，江蘇省南京市2100033福建省電力電力科學(xué)研究院，福建省福州市350007)摘要：大量電動(dòng)汽車(chē)接入會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性(如頻率調(diào)整)產(chǎn)生明顯影響，適當(dāng)控制電動(dòng)汽 車(chē)充放電行為有助于系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷波動(dòng)做

2、出更快響應(yīng)并增強(qiáng)系統(tǒng)消納風(fēng)電等間歇性可再生能源發(fā)電 能力。考慮到大量電動(dòng)汽車(chē)分散運(yùn)行的特性，采用網(wǎng)絡(luò)化控制比擬適宜?；谏鲜隹紤]，著重研究 電動(dòng)汽車(chē)參與系統(tǒng)調(diào)頻的網(wǎng)絡(luò)化控制方法，并考查通信延時(shí)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能甚至穩(wěn)定性可能產(chǎn)生 的負(fù)面影響。首先，建立電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)頻控制的實(shí)現(xiàn)模式和架構(gòu)，開(kāi)展含有電動(dòng)汽車(chē)和風(fēng)電模塊 的閉環(huán)負(fù)荷頻率控制系統(tǒng)框圖。之后，基于線性矩陣不等式理論設(shè)計(jì)了一種最優(yōu)H。一PID混合控 制方法以保證系統(tǒng)魯棒性。最后，通過(guò)對(duì)單區(qū)域和雙區(qū)域系統(tǒng)仿真，證明了所述方法的有效性。 關(guān)鍵詞：頻率調(diào)整；電動(dòng)汽車(chē)；風(fēng)力發(fā)電；網(wǎng)絡(luò)化控制；線性矩陣不等式理論；混合控制0引言在上述背景下，本文著重研究

3、電動(dòng)汽車(chē)參與電 力系統(tǒng)控制問(wèn)題。到目前為止，就電動(dòng)汽車(chē)優(yōu)化調(diào)隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)開(kāi)展與能源供應(yīng)、環(huán)境保護(hù)之度問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)做了相對(duì)較多的研究工作3。 間矛盾的不斷激化，節(jié)能減排、減緩對(duì)石油等化石燃本文所研究問(wèn)題與電動(dòng)汽車(chē)優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題的主要區(qū) 料的依賴(lài)、保障能源平安等已成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)別在于：調(diào)度考慮的時(shí)間跨度較長(zhǎng)，通常是Et前或小 可持續(xù)開(kāi)展迫切需要解決的重大問(wèn)題。可入網(wǎng)電動(dòng)時(shí)前安排電動(dòng)汽車(chē)的充放電方案以?xún)?yōu)化給定的目 汽車(chē)是使用電力替代石油作為動(dòng)力源的新型交通工標(biāo)，如使系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)最小、網(wǎng)損最小或運(yùn)行本錢(qián)最 具；電動(dòng)汽車(chē)能夠根本做到無(wú)污染、零排放，其優(yōu)越低等，這種情況下需要考慮地理上分布廣泛的電

4、動(dòng) 性正在逐漸受到人們的重視并在很多國(guó)家尤其是發(fā)汽車(chē)的充電時(shí)間和行駛里程等的隨機(jī)性。另一方 達(dá)國(guó)家得到政府的大力支持。中國(guó)“十二五開(kāi)展規(guī)劃中也明確提出，要突破23個(gè)重點(diǎn)技術(shù)方向，在面，電動(dòng)汽車(chē)控制問(wèn)題考慮的那么是針對(duì)很短時(shí)間(如2 min)內(nèi)，如何通過(guò)設(shè)計(jì)科學(xué)的控制器和控制律，使30個(gè)以上城市進(jìn)行規(guī)模化示范推廣，5個(gè)以上城市進(jìn)行新型商業(yè)化模式試點(diǎn)應(yīng)用，到2021年，電動(dòng)汽得電動(dòng)汽車(chē)對(duì)抑制負(fù)荷波動(dòng)、改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為，進(jìn)而維持系統(tǒng)平安穩(wěn)定運(yùn)行做出奉獻(xiàn)；由于時(shí)間很短， 車(chē)保有量到達(dá)100萬(wàn)輛uj。這主要針對(duì)夜間大量電動(dòng)汽車(chē)閑置入網(wǎng)期間，可以 此外，在未來(lái)電力系統(tǒng)中，風(fēng)電等間歇性可再生由注冊(cè)的電動(dòng)汽車(chē)

5、參與系統(tǒng)調(diào)頻等輔助效勞，并給 能源發(fā)電的滲透率會(huì)明顯增加，這對(duì)系統(tǒng)的調(diào)頻和予一定的補(bǔ)償，考慮到在短時(shí)間內(nèi)入網(wǎng)電動(dòng)汽車(chē)數(shù) 旋轉(zhuǎn)備用容量提出了更高的要求，給系統(tǒng)的平安和量根本保持穩(wěn)定，隨機(jī)性并不需要額外考慮。 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)。當(dāng)大量電動(dòng)汽車(chē)接入電力系在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)分析中并未明確計(jì)及信息系 統(tǒng)后，通過(guò)適當(dāng)控制電動(dòng)汽車(chē)充放電行為，可以使其統(tǒng)影響，一般假定控制中心所獲得的系統(tǒng)信息是及 參與提供系統(tǒng)所需的輔助效勞(如調(diào)頻等)，以平抑時(shí)、準(zhǔn)確和可靠的。在未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)控制問(wèn)題中， 負(fù)荷波動(dòng)并增強(qiáng)系統(tǒng)接納間歇性可再生能源發(fā)電的控制中心和車(chē)輛需要借助通信網(wǎng)絡(luò)頻繁交換信息， 能力，進(jìn)而改善系統(tǒng)運(yùn)行的平安性和

6、經(jīng)濟(jì)性。這在因此該問(wèn)題屬于典型的網(wǎng)絡(luò)化控制問(wèn)題4。從本錢(qián) 美國(guó)PJM電力系統(tǒng)中已有測(cè)試報(bào)道j。的角度看，未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)控制系統(tǒng)的通信很可能基于現(xiàn)有通用通信網(wǎng)絡(luò)(如固話網(wǎng)絡(luò)或3G網(wǎng)絡(luò))而非收稿日期：2021 0712；修回日期：2021-O卜17。國(guó)家重點(diǎn)根底研究開(kāi)展方案(973方案)資助工程專(zhuān)線實(shí)現(xiàn)。針對(duì)智能電網(wǎng)環(huán)境開(kāi)展的電力信息物理(2021CB228202)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助工程(51107114，融合系統(tǒng)(CPS)E51為解決這一問(wèn)題提供了新的思路51177145)；福建省電力電力科學(xué)研究院科研工程和方法。由于通用通信網(wǎng)絡(luò)一般具有明顯的“廣域(12一110107-013)。異構(gòu)特征，信

7、息的延時(shí)和喪失將成為控制過(guò)程中無(wú) 一54萬(wàn)方數(shù)據(jù)學(xué)術(shù)研究 學(xué)術(shù)研究 張立巖，等基于線性矩陣不等式的電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化魯棒控制法回避的重要問(wèn)題，為此深入研究CPS模型并考查雖然NCS具有很多傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所不具備的 信息延時(shí)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)控制問(wèn)題的影響，對(duì)于充分利優(yōu)勢(shì)，但其分析設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，尤其是可能面臨信息 用電動(dòng)汽車(chē)改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為和增強(qiáng)系統(tǒng)接納間歇傳輸量過(guò)大或網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)性能下降，也即 性可再生能源發(fā)電的能力具有重要意義。所謂的延時(shí)和數(shù)據(jù)包喪失問(wèn)題。延時(shí)會(huì)降低系統(tǒng)性 就電動(dòng)汽車(chē)充放電控制問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外已有一些能，嚴(yán)重情況下甚至?xí)鹣到y(tǒng)不穩(wěn)定和崩潰【l初步研究報(bào)道。文獻(xiàn)E6研究了利用電動(dòng)汽車(chē)實(shí)現(xiàn)

8、 因此，深入研究電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化控制方法，充分考慮 負(fù)荷頻率控制(LFC)，并提出了基于模型預(yù)測(cè)控制通信網(wǎng)絡(luò)影響，對(duì)于保障電力系統(tǒng)平安穩(wěn)定運(yùn)行具的電動(dòng)汽車(chē)控制方法，但沒(méi)有考慮信息延時(shí)的影響。有重要理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。 文獻(xiàn)7基于經(jīng)典最優(yōu)控制理論研究電動(dòng)汽車(chē)控制一般而言，NCS由傳感器、控制器和執(zhí)行器組 策略問(wèn)題，并假定電動(dòng)汽車(chē)可以同時(shí)參與電力現(xiàn)貨成。傳感器和控制器之間及控制器和執(zhí)行器之間通 市場(chǎng)和輔助效勞市場(chǎng)，但是設(shè)計(jì)的控制器可能會(huì)引過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。NCS的一般結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。 起電力系統(tǒng)本身不穩(wěn)定。文獻(xiàn)8研究了集中控制代理運(yùn)營(yíng)商所管轄的多個(gè)電動(dòng)汽車(chē)參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)的最優(yōu)控制策略，構(gòu)造了在計(jì)及電

9、池能量約束的 情況下使電動(dòng)汽車(chē)代理運(yùn)營(yíng)商收益最大化的數(shù)學(xué)模 型，并采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法進(jìn)行了求解。文獻(xiàn)9分析圖1NCS結(jié)構(gòu)了電動(dòng)汽車(chē)分布式接入對(duì)系統(tǒng)頻率的影響，但沒(méi)有Fig1Structureof NCS考慮延時(shí)問(wèn)題，也沒(méi)有研究如何設(shè)計(jì)控制器。文獻(xiàn)10研究了電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)節(jié)負(fù)荷的優(yōu)化控制問(wèn)在NCS中，延時(shí)主要包括rsc和rca。其中，k題，通過(guò)優(yōu)化代理機(jī)構(gòu)所管轄的多輛電動(dòng)汽車(chē)參與為傳感器到控制器間的通信延時(shí)，而k那么為控制器電力市場(chǎng)的競(jìng)價(jià)策略，以最大化利潤(rùn)。到執(zhí)行器間的通信延時(shí)?？傃訒r(shí)可記作rk+綜上所述，就電動(dòng)汽車(chē)參與系統(tǒng)調(diào)頻控制方面，到目前為止國(guó)內(nèi)外的研究還相當(dāng)初步。在此背景2電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化調(diào)

10、頻實(shí)現(xiàn)架構(gòu)及延時(shí) 下，首先探討未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)頻的實(shí)現(xiàn)模式和分析 框架，并設(shè)計(jì)了含有電動(dòng)汽車(chē)和風(fēng)電模塊的閉環(huán)21電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)頻的優(yōu)勢(shì) LFC的系統(tǒng)框圖。之后，在考慮網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的情況下，基于線性矩陣不等式(LMI)理論設(shè)計(jì)了一種最與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組相比，電動(dòng)汽車(chē)參與系統(tǒng)調(diào)頻 優(yōu)H。一PID混合控制方法以保證系統(tǒng)具有優(yōu)良的 有以下優(yōu)勢(shì)1動(dòng)態(tài)特性，并使得頻率等指標(biāo)在系統(tǒng)最終穩(wěn)定時(shí)沒(méi) 1)發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行調(diào)頻控制時(shí)為確保機(jī)組平安 有穩(wěn)態(tài)誤差。最后，通過(guò)對(duì)單區(qū)域和雙區(qū)域系統(tǒng)的運(yùn)行，需要考慮控制信號(hào)響應(yīng)的幅值和極性變化速 仿真計(jì)算，分析了電動(dòng)汽車(chē)參加及延時(shí)對(duì)系統(tǒng)頻率 率等限制；而電動(dòng)汽車(chē)采用電力電子器件，對(duì)頻

11、率的 穩(wěn)定性的影響，并對(duì)LFC的傳統(tǒng)比例積分(PI)控 響應(yīng)迅速，調(diào)頻時(shí)間常數(shù)很短，一般不存在這樣的 制和本文所提出的混合控制做了比擬研究，證明了 限制。所提出的方法的有效性。2)由于蓄電池在響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化時(shí)處于浮充電狀態(tài)，相比用于平滑負(fù)荷曲線而一般需要深度充1網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)及其構(gòu)成放電的情形而言對(duì)電池壽命影響較小，本錢(qián)較低，電 通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)空間上分散的傳感器、控制池充放電效率也比擬高；而對(duì)于發(fā)電機(jī)組，尤其是火 器和執(zhí)行器之間的信息交互，以到達(dá)對(duì)被控對(duì)象的電機(jī)組來(lái)講，深度調(diào)節(jié)的本錢(qián)較高，也有損發(fā)電機(jī)組反響控制，這樣的控制系統(tǒng)被稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)或 的壽命。 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NCS)111。

12、與采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方3)電動(dòng)汽車(chē)人網(wǎng)(V2G)系統(tǒng)對(duì)充放電命令的響 式的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，NCS可以通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)應(yīng)快速準(zhǔn)確，使系統(tǒng)可以減少對(duì)發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)容 現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的大系統(tǒng)控制和廣域控制，并具有交量需求。22電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化調(diào)頻實(shí)現(xiàn)架構(gòu)和控制流程 互性好、智能性高、對(duì)系統(tǒng)布線和投資要求少、易于221電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化調(diào)頻實(shí)現(xiàn)架構(gòu) 擴(kuò)展和維護(hù)、系統(tǒng)柔性和可靠性較好等諸多優(yōu)點(diǎn)。在未來(lái)智能電網(wǎng)中，從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，利用以太網(wǎng)本文所構(gòu)造的計(jì)及通信網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)汽車(chē)參與系 或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信看起來(lái)更為合理。統(tǒng)調(diào)頻的架構(gòu)如圖2所示。圖中，SCADA為數(shù)據(jù)萬(wàn)方數(shù)據(jù)電力電力系統(tǒng)自動(dòng)代采集與監(jiān)控，AGC為自動(dòng)發(fā)電控

13、制。由于電動(dòng)汽車(chē)，一毒生P：(1)大量分散接入系統(tǒng)，為了使其能夠智能有序充放電， 采取“分散接入、分層控制的模式較為適宜。電力s么Jo系統(tǒng)調(diào)度中心直接向每輛電動(dòng)汽車(chē)發(fā)送控制指令既式中：P。為t時(shí)刻分配到第i臺(tái)電動(dòng)汽車(chē)的調(diào)節(jié)功 不現(xiàn)實(shí)也沒(méi)必要。因此，本文引用電動(dòng)汽車(chē)代理的率；P。為t時(shí)刻控制中心下達(dá)給所給定的電動(dòng)汽車(chē) 概念，即每個(gè)電動(dòng)汽車(chē)代理管理一局部集群的電動(dòng)代理的總調(diào)節(jié)功率；S。為t時(shí)刻第i臺(tái)車(chē)輛的 汽車(chē)，并負(fù)責(zé)將車(chē)輛的狀態(tài)信息等上報(bào)調(diào)度中心、執(zhí)SOC；N為時(shí)刻可參與調(diào)頻的電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量。 行調(diào)度中心下達(dá)的控制信號(hào)和分配相關(guān)功率等功考慮電動(dòng)汽車(chē)電池的充放電最大功率限制和車(chē) 能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽

14、車(chē)的分層控制。主的特殊需求(例如車(chē)主設(shè)定了需要維持的最小SOC)時(shí)，在按式(1)求得了每輛電動(dòng)汽車(chē)充放電功車(chē)輛狀態(tài)信息 瘌雛jl率之后，需要校驗(yàn)其是否超過(guò)最大充放電功率限額；對(duì)于超額的M輛電動(dòng)汽車(chē)按照極限進(jìn)行充放電，然電網(wǎng)麓蒜瞌到幽刮陌畫(huà)囤：醇調(diào)!譬，匝墨；：豳穗雀后在總功率P。中去除超額車(chē)輛的功率后，剩余的度NM輛電動(dòng)汽車(chē)重新按式(1)分配P，7的總功由率，有專(zhuān)用線路心機(jī)組控制信呈=：圃=：圈MP。7P。P。(2)機(jī)組狀態(tài)信息采用這種方法分配功率可以使V2G功率盡可=信號(hào)流 能得到充分利用。此外，考慮到用戶(hù)出行需要，在充 圖2電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化調(diào)頻系統(tǒng)架構(gòu) 放電過(guò)程中，如果電動(dòng)汽車(chē)的SOC到達(dá)其

15、設(shè)定的最 Fig2Architectureofnetworked frequency 小極限值S。i。，或是用戶(hù)有急用需要中止調(diào)頻效勞， regulation systemforelectricvehicles那么可通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)反響給電動(dòng)汽車(chē)代理，最終聚集后申報(bào)給調(diào)度中心用于制定實(shí)時(shí)控制策略。222電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化調(diào)頻的控制流程23電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化控制中的延時(shí)問(wèn)題分析 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)化調(diào)頻的控制流程可以描述如下。在影響NCS性能的所有因素(如延時(shí)、丟包和1)電力系統(tǒng)調(diào)度中心首先從SCADA系統(tǒng)中獲節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式等)中，最主要的是網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)。在 取網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)(如系統(tǒng)頻率、聯(lián)絡(luò)線交換功率NCS中，由于

16、網(wǎng)絡(luò)通信方式、共享帶寬以及網(wǎng)絡(luò)負(fù) 等信息)，并由此計(jì)算區(qū)域控制偏差(ACE)等參數(shù)。載變化不規(guī)那么等因素制約，有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)多路徑2)對(duì)計(jì)算出的ACE信號(hào)進(jìn)行濾波，濾除可能會(huì)干擾控制過(guò)程的高頻隨機(jī)分量。傳輸、多數(shù)據(jù)包傳輸、數(shù)據(jù)包時(shí)序錯(cuò)亂、數(shù)據(jù)包喪失、數(shù)據(jù)包重傳、數(shù)據(jù)包碰撞、網(wǎng)絡(luò)擁塞以及連接中斷等3)將ACE信號(hào)和機(jī)組狀態(tài)信息與通過(guò)以太網(wǎng)現(xiàn)象，因此在節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行信息通信時(shí)，網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí) 或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)獲得的車(chē)輛狀態(tài)信息相結(jié)合，通過(guò)下文是不可防止的。網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)主要可分為傳播延 設(shè)計(jì)的最優(yōu)H。一PID混合控制器發(fā)出實(shí)時(shí)控制信時(shí)、交換延時(shí)、存取延時(shí)和隊(duì)列延時(shí)等口4I。 號(hào)。與經(jīng)濟(jì)調(diào)度信號(hào)不同，此控制信號(hào)的

17、發(fā)送頻率造成網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)的主要因素如下。 很高，大約每45S發(fā)送一次，同時(shí)傳遞給電動(dòng)汽1)數(shù)據(jù)排隊(duì)等待。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)忙或發(fā)生節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)碰車(chē)代理和參與調(diào)頻的發(fā)電機(jī)組。撞時(shí)，數(shù)據(jù)等待網(wǎng)絡(luò)空閑再發(fā)送所用的時(shí)間。4)參與調(diào)頻的發(fā)電機(jī)組按照控制信號(hào)由AGC2)信息產(chǎn)生。發(fā)送端待發(fā)送信息封裝成數(shù)據(jù)包 對(duì)負(fù)荷波動(dòng)做出響應(yīng)。并進(jìn)入排隊(duì)隊(duì)列所需的時(shí)間。5)電動(dòng)汽車(chē)代理根據(jù)接收到的調(diào)頻控制指令，3)傳輸。數(shù)據(jù)在傳輸媒體上傳輸所需時(shí)間，其 根據(jù)設(shè)定的算法分配響應(yīng)功率。例如可以按比例分大小取決于數(shù)據(jù)包規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸延時(shí)。 攤法分配響應(yīng)功率。信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)难訒r(shí)是多樣的，但最主要 具體地講，電動(dòng)汽車(chē)代理首先查詢(xún)所有車(chē)輛

18、的荷電狀態(tài)(SOC)值，并計(jì)算其總和；然后，按照每個(gè)的影響因素是NCS網(wǎng)絡(luò)所采用的媒體訪問(wèn)控制方 式。表1列出了典型控制網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)控制方式及相電動(dòng)汽車(chē)電池的可用容量在總可用容量中的所占比應(yīng)的延時(shí)特性和參數(shù)1“。表中：CSMA為載波監(jiān)聽(tīng) 例分配功率，即多路訪問(wèn)；CD為沖突檢測(cè)；AMP為消息優(yōu)先仲裁；CAN為控制器局域網(wǎng)；TP為令牌傳遞。 一56一萬(wàn)方數(shù)據(jù)學(xué)術(shù)研究張立巖，等基于線性矩陣不等式的電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化魯棒控制學(xué)術(shù)研究張立巖，等基于線性矩陣不等式的電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化魯棒控制表1控制網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)方式及延時(shí)特性制律來(lái)保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。這種方法能夠從理論上TablelControl networkmetho

19、d and嚴(yán)格保證系統(tǒng)的魯棒性，在實(shí)踐中也得到了證實(shí)和delay characteristics比擬多的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的LFC系統(tǒng)不同，本文首先建立含有電 動(dòng)汽車(chē)代理模塊的雙區(qū)域閉環(huán)LFC的系統(tǒng)框圖。 考慮延時(shí)的包含電動(dòng)汽車(chē)和風(fēng)電模塊的雙區(qū)域控制 系統(tǒng)框圖如圖3所示。圖中，區(qū)域聯(lián)絡(luò)線用虛線表 示，控制器局部用點(diǎn)線表示，尚有待設(shè)計(jì)，具體變量從表1可見(jiàn)，不同形式的控制網(wǎng)絡(luò)中的延時(shí)特 解釋見(jiàn)附錄A。在2個(gè)區(qū)域中各含有一定數(shù)量的參 性也不同。下面的研究針對(duì)以太網(wǎng)進(jìn)行，但研究方 與調(diào)頻的常規(guī)發(fā)電機(jī)組，把每個(gè)區(qū)域中的這些機(jī)組 法和框架對(duì)其他控制網(wǎng)絡(luò)也適用。以太網(wǎng)具有數(shù)據(jù) 分別等效為一臺(tái)機(jī)組，對(duì)其進(jìn)行總功率控

20、制，隨后再 傳輸速率高、消耗低、易于安裝及兼容性好等優(yōu)點(diǎn)， 按照一定的比例系數(shù)將等值機(jī)組需要調(diào)節(jié)的功率分 然而其缺點(diǎn)也很明顯，在高負(fù)載沖突加劇等嚴(yán)重情 配至每個(gè)相關(guān)機(jī)組。2個(gè)區(qū)域均存在負(fù)荷擾動(dòng)，且 況下，時(shí)間延時(shí)是隨機(jī)且無(wú)上界的，這就對(duì)控制方法區(qū)域1中還存在來(lái)自風(fēng)電的擾動(dòng)。2個(gè)區(qū)域中都含 和系統(tǒng)的穩(wěn)定性與魯棒性提出了很高的要求。 有一定數(shù)量的電動(dòng)汽車(chē)，在晚間至凌晨時(shí)段接人電3含有網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和風(fēng)電模塊的電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)力系統(tǒng)，由電動(dòng)汽車(chē)代理統(tǒng)一控制，提供V2G調(diào)頻 效勞。此外，隨著電動(dòng)汽車(chē)的快速開(kāi)展，假設(shè)電動(dòng)汽絡(luò)化調(diào)頻系統(tǒng)建模車(chē)總可控容量與系統(tǒng)內(nèi)已有調(diào)頻機(jī)組容量在數(shù)量級(jí)對(duì)于延時(shí)的處理，一種方法是緩沖口4

21、I，即收到 上是可比的，以此分析電動(dòng)汽車(chē)參與LFC時(shí)對(duì)系統(tǒng) 控制信號(hào)后不立即處理，而是在經(jīng)過(guò)了系統(tǒng)可能的 動(dòng)態(tài)特性的影響。 最大延時(shí)后(即確保信號(hào)已經(jīng)收到)再進(jìn)行處理。這由電動(dòng)汽車(chē)代理發(fā)出的控制信號(hào)傳輸?shù)綀?zhí)行器 種方法的缺點(diǎn)是將所有延時(shí)進(jìn)行了人為擴(kuò)大，降低 過(guò)程中存在網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)rk+rca。假設(shè)采用以 了系統(tǒng)性能。另一種處理方法那么是根據(jù)現(xiàn)代控制理太網(wǎng)，那么延時(shí)是隨機(jī)和無(wú)界的。 論，當(dāng)延時(shí)滿(mǎn)足某種規(guī)律時(shí)，設(shè)計(jì)適宜的控制器和控n菇網(wǎng)X至2x9d，11巴I叫z2：EACE2圖3考慮延時(shí)的包含電動(dòng)汽車(chē)和風(fēng)電模塊的雙區(qū)域控制系統(tǒng)框圖Fig3Block diagram oftwo-area contr

22、olsystemcontaining electricvehicles andwindpowermoduleconsidering time delay基于圖3所示模型，在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)處線性fj(f)一AX()+B2U(f)+B3U(一r)+B11，()化，通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)可得到系統(tǒng)狀態(tài)空間方程組(具體lz(t)一c1X(t)+D11w(t)+D12“(t)變量解釋見(jiàn)附錄B)為：(3)57萬(wàn)方數(shù)據(jù)電力電力系統(tǒng)自動(dòng)讓4基于LMI的最優(yōu)H。一PID混合控制器饋控制律U(f)=Kx(t)。設(shè)計(jì)fto一Ax。寸B2H+?3H一曲+Bwo)z()一Clx()+D1lW(t)+D12U(f)前面設(shè)計(jì)了電動(dòng)汽

23、車(chē)網(wǎng)絡(luò)化調(diào)頻系統(tǒng)。然而，【y(t)一C2工(t)+D21W(t)如果沒(méi)有適宜的控制器，該調(diào)頻系統(tǒng)將無(wú)法正常工(4)作，當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)或存在延時(shí)等情況時(shí)就可能無(wú)MB1(ClX+D12l，)7曰，l，法保持穩(wěn)定。因此，必須設(shè)計(jì)適宜的控制器。曰?一Djl0自從1981年加拿大學(xué)者Zames首次提出H。0 方法計(jì)算困難，特別是當(dāng)求解2個(gè)聯(lián)立Ricatti方程當(dāng)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的最優(yōu)H。魯棒控制器之后，設(shè) 時(shí)第2個(gè)Ricatti方程不易收斂，這極大地限制了其計(jì)工作并未結(jié)束，因?yàn)镠。魯棒控制器只是改良了 應(yīng)用范圍。近年來(lái)，隨著LMI理論的開(kāi)展，尤其是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)下保證了系統(tǒng)的內(nèi)穩(wěn)定 在提出求解LMI

24、的內(nèi)點(diǎn)法和推出MATI。ABLMI性，但并不能消除系統(tǒng)的超調(diào)和穩(wěn)態(tài)誤差。然而，就 Toolbox之后，基于LMI理論的控制器設(shè)計(jì)越來(lái)越LFC而言，不管是定頻率控制方式(FFC)、定交換 受到重視，且已在實(shí)際系統(tǒng)得到應(yīng)用1功率控制方式(FTC)還是聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制方式考慮到未來(lái)電力系統(tǒng)系廣域異構(gòu)信息系統(tǒng)和有 (TBC)，其最終目標(biāo)都是為了將某項(xiàng)指標(biāo)(頻率變化 大量電動(dòng)汽車(chē)接入的情況，考慮嚴(yán)苛的情況更為保量、聯(lián)絡(luò)線功率或ACE信號(hào))控制回0，即消除穩(wěn)態(tài)險(xiǎn)，下文主要考慮時(shí)滯獨(dú)立的控制器設(shè)計(jì)，在此根底誤差。在工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的PID控制正是實(shí)現(xiàn)上通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可得到下述控制器設(shè)計(jì)定理(證明 這一目標(biāo)

25、的有效方法。因此，本文提出在設(shè)計(jì)完魯 見(jiàn)附錄C)。 棒控制器之后再參加PID控制環(huán)節(jié)；根據(jù)LFC的控 定理1：對(duì)于可寫(xiě)成式(4)形式的網(wǎng)絡(luò)化控制系制方式，將需要消除穩(wěn)態(tài)誤差的信號(hào)反響回PID控 統(tǒng)，假設(shè)時(shí)滯滿(mǎn)足條件or(t)Cx3，亡(t)f0l，且 制器輸入端，可以采用臨界比例度法或響應(yīng)曲線 (A，B。，C：)是能穩(wěn)能檢測(cè)的(其中p為中間變量，法口明等整定PID參數(shù)，以此進(jìn)一步改善系統(tǒng)控制性 c：為系統(tǒng)矩陣)，那么對(duì)于給定的正常數(shù)7，設(shè)計(jì)一個(gè) 能，減少超調(diào)，加快反響速度，并消除穩(wěn)態(tài)誤差。至無(wú)記憶的狀態(tài)反響控制律(t)一Kx(t)，此時(shí)假設(shè)存此就完成了整個(gè)控制器的設(shè)計(jì)。 在對(duì)稱(chēng)正定矩陣x和Q及

26、矩陣y，使得式(5)所示綜上所述，控制器設(shè)計(jì)的具體步驟如下。的LMI成立，那么系統(tǒng)存在無(wú)記憶的)，一次優(yōu)狀態(tài)反1)對(duì)系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近進(jìn)行線性化建模，58一萬(wàn)方數(shù)據(jù)學(xué)術(shù)研究張立巖，等基于線性矩陣不等式自0乜劫汽1斗zj?引E輯體控制學(xué)術(shù)研究張立巖，等基于線性矩陣不等式自0乜劫汽1斗zj?引E輯體控制莩：i懈選取適宜的狀態(tài)變量并導(dǎo)出系統(tǒng)狀態(tài)空間方程，寫(xiě)；成式(4)的形式。2)采用MATLAB LMI工具箱中的feasp函數(shù)襄求解式(5)，判斷系統(tǒng)是否存在y一次優(yōu)狀態(tài)反響控一-，11制律并求解相關(guān)矩陣(x，l，Q)和K。3)如果存在次優(yōu)控制，那么進(jìn)一步采用MATLABLMI工具箱中的mincx函

27、數(shù)求解半定規(guī)劃問(wèn)題，從而獲得系統(tǒng)的最優(yōu)H。魯棒控制器。l協(xié)蝴4)針對(duì)LFC的控制方式(FFC，F(xiàn)TC或TBC)，選擇適宜信號(hào)反響回PID控制器并通過(guò)臨界比例 度法或響應(yīng)曲線法等整定PID參數(shù)，以加快響應(yīng)速度并消除穩(wěn)態(tài)誤差。 域UkHDi昆占拄l，lJ；俺坑Pj控制5)將設(shè)計(jì)出的最優(yōu)H，PID混合控制器接人電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化調(diào)頻系統(tǒng)并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。圖4不同延時(shí)下傳統(tǒng)PI控制與最優(yōu)H。PID混合控制的系統(tǒng)頻率Fig4Systemfrequency of conventional PI control and5算例分析optimalH。PIDhybrid control with different t

28、ime delays51電動(dòng)汽車(chē)參與網(wǎng)絡(luò)化調(diào)頻容量估算設(shè)某區(qū)域電力系統(tǒng)的最大負(fù)荷為從圖4可以看出，在無(wú)延時(shí)的情況下，PI控制2 83520 Mw，調(diào)頻容量設(shè)為負(fù)荷的8，即需要的和最優(yōu)H。一PID混合控制都能夠保證Af在受到擾調(diào)頻總?cè)萘繛?2682MW。其中，常規(guī)機(jī)組和電動(dòng) 動(dòng)后的8 S內(nèi)回到0，PI控制的最大超調(diào)量為一0010 3 Hz，而最優(yōu)H。一PID混合控制的最大超 汽車(chē)可分別提供80和20的調(diào)頻容量，即18146 Mw和4536 Mw。以每輛電動(dòng)汽車(chē)電池調(diào)量那么更小，為一0008 2 Hz，降低了204。當(dāng)提供3 kW功率來(lái)估算，那么大致需要1512萬(wàn)輛電延時(shí)為028 S時(shí)，采用PI控

29、制時(shí)系統(tǒng)頻率發(fā)生振動(dòng)汽車(chē)接入系統(tǒng)參與調(diào)頻效勞。以上海市為例，蕩，而最優(yōu)H。一PID混合控制仍然能夠在6S內(nèi)使2021年電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)可達(dá)約35萬(wàn)輛，如系統(tǒng)頻率恢復(fù)穩(wěn)定。當(dāng)延時(shí)增大至070 S時(shí)，采用果夜間有40左右的電動(dòng)汽車(chē)接入電力系統(tǒng)，就可PI控制時(shí)系統(tǒng)失去穩(wěn)定，而采用最優(yōu)H。一PID混合以到達(dá)這個(gè)調(diào)頻容量水平?？刂迫阅苁沟孟到y(tǒng)在10 S左右即恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)且52單區(qū)域系統(tǒng)LFC仿真沒(méi)有穩(wěn)態(tài)誤差。由此可見(jiàn)，與PI控制相比，本文設(shè)首先采用MATLABSimulink對(duì)單區(qū)域系統(tǒng)計(jì)的最優(yōu)H。一PID混合控制在有網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的情況 進(jìn)行仿真，系統(tǒng)框圖如附錄D圖D1所示，相關(guān)參數(shù)下依然能夠維持系統(tǒng)穩(wěn)

30、定，魯棒性更好。 見(jiàn)附錄D表D1。選取狀態(tài)變量z，z：，oT。，z。1一522通信延時(shí)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響Af，Ay，PG，P。7，其中，Af為系統(tǒng)頻率變化采用所設(shè)計(jì)的最優(yōu)H。一PID混合控制器，并將量，Ay為發(fā)電機(jī)組閥門(mén)開(kāi)度變化量，PG為發(fā)電機(jī)系統(tǒng)所有其他參數(shù)均設(shè)為相同，而僅將通信延時(shí)從0 so1 so5S變化，觀察系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。Af， 組出力變化量，P。為電動(dòng)汽車(chē)出力變化量；擾動(dòng)變量P。一03(標(biāo)幺值)，其為階躍測(cè)試信號(hào)；控制PG和P。的曲線如圖5所示。從圖5可以看 輸出變量為廠；IDo5；y一001。 出，雖然采用最優(yōu)H。一PID混合控制時(shí)，系統(tǒng)最終 所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)最優(yōu)H。一PID混合控制

31、器參數(shù)能夠回到穩(wěn)定，但通信延時(shí)越嚴(yán)重系統(tǒng)性能就越差 為：K一一209660，一1032 1，一2189 8， (可從Af，P。和Pev看出)，振蕩和超調(diào)都趨于一03954；KP一3829；K111247；KD一635。嚴(yán)重，到達(dá)穩(wěn)定所需時(shí)間也變得更長(zhǎng)。 下面設(shè)置3個(gè)對(duì)照組，每次改變單一變量來(lái)研在延時(shí)從0增大至05S時(shí)，Af的超調(diào)量增大究各種因素對(duì)系統(tǒng)頻率特性的影響。了905，穩(wěn)定所需時(shí)間增加了72S；APG的超調(diào)521傳統(tǒng)PI控制與最優(yōu)H。一PID混合控制性能量增大了547，穩(wěn)定所需時(shí)間增加了70S；AP。比照的超調(diào)量增大了105，穩(wěn)定所需時(shí)間增加了51 S。由此可見(jiàn)，網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性

32、能有 給定系統(tǒng)參數(shù)全部相同，唯一區(qū)別是采用不同的控制方式，仿真延時(shí)從0so28so70S時(shí)的明顯的負(fù)面影響，需要采用一些通信網(wǎng)絡(luò)調(diào)度措施Af的曲線如圖4所示。 以最小化這種影響。一59萬(wàn)方數(shù)據(jù)電力電力暴統(tǒng)自動(dòng)代5【)35524電動(dòng)汽車(chē)消納風(fēng)電等間歇性可再生能源發(fā)030電出力的波動(dòng)薯5 以上分析了負(fù)荷階躍波動(dòng)時(shí)的情形。下面假設(shè)15導(dǎo)。10 ()10-150，05波動(dòng)是由風(fēng)電出力引起，在隨機(jī)風(fēng)作用下的風(fēng)電模-200 2 4 6 8 10 12 14塊可以用有限帶寬白噪聲和低通濾波器來(lái)模擬心0|。(b)通信延時(shí)對(duì)APc,的影響對(duì)單區(qū)域系統(tǒng)在含有和不含有電動(dòng)汽車(chē)2種情況下的系統(tǒng)頻率波動(dòng)情況進(jìn)行了仿真計(jì)

33、算，在計(jì)算 過(guò)程中取網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)為01 S，仿真結(jié)果見(jiàn)圖7。0 2 4 68 10 12 14 fs(c)通信延時(shí)女APEv的影響一無(wú)延時(shí)：一一延時(shí)0 S；一延時(shí)05 圖5不同通信延時(shí)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響Fig5Influence ofdifferentcommunication timedelays systemdynamic performance“s一有電動(dòng)汽車(chē)參與；無(wú)電動(dòng)汽車(chē)參與523 電動(dòng)汽車(chē)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響 圖7風(fēng)電出力波動(dòng)情況下有無(wú)電動(dòng)給定系統(tǒng)參數(shù)全部相同，分析電動(dòng)汽車(chē)參與和汽車(chē)參與時(shí)的系統(tǒng)頻率特性不參與LFC對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的影響。Af，PG和Fig7System frequ

34、encyperformance underwindpower fluctuationswith and without electricP。v的曲線如圖6所示。 vehiclesparticipationN-2 從圖7可統(tǒng)計(jì)得到，在電動(dòng)汽車(chē)未參與調(diào)頻時(shí)，毛4系統(tǒng)頻率的波動(dòng)區(qū)間為一00058，0005 3Hz；當(dāng)寄：電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)頻時(shí)，系統(tǒng)頻率的波動(dòng)區(qū)間為一10ljs一00023，0003 5Hz；頻率波動(dòng)范圍下降了a1有無(wú)電動(dòng)汽車(chē)參與淵頻b)囪尤電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)頻4775，效果顯著?？梢?jiàn)，在有網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的情況下，對(duì)的影響對(duì)的影響通過(guò)合理控制電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)頻，可以減小系統(tǒng)頻率波動(dòng)，增強(qiáng)系統(tǒng)消納間歇性

35、可再生能源發(fā)電的 能力。53雙區(qū)域系統(tǒng)LFC仿真s前面對(duì)單區(qū)域系統(tǒng)做了仿真分析。為了進(jìn)一步(C)有無(wú)電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)頻對(duì)PEv的影響一有電動(dòng)汽車(chē)參與：一一無(wú)電動(dòng)汽車(chē)參勺驗(yàn)證所提出的控制方法的有效性，這里對(duì)雙區(qū)域系圖6有無(wú)電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)頻時(shí)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性統(tǒng)LFC進(jìn)行仿真計(jì)算，局部系統(tǒng)參數(shù)參照文Fig6Systemdynamicperformancewith and without獻(xiàn)E2122并設(shè)置附錄D表D2所列參數(shù)。以修改electric vehiclesparticipation的新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)為例，系統(tǒng)拓?fù)溆蓤D6可以看出，如果沒(méi)有電動(dòng)汽車(chē)，調(diào)頻全部結(jié)構(gòu)見(jiàn)附錄D圖D2，該系統(tǒng)包

36、含46條線路。假定 由等值發(fā)電機(jī)組承當(dāng)?shù)脑?，那么系統(tǒng)在19 S時(shí)才能恢 1號(hào)機(jī)組為風(fēng)電機(jī)組，每個(gè)區(qū)域有一個(gè)電動(dòng)汽車(chē)代 復(fù)穩(wěn)定。如果電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)頻，那么系統(tǒng)頻率響應(yīng)理控制所屬電動(dòng)汽車(chē)。母線15和16是低電壓節(jié) 明顯加快，在9 S左右即恢復(fù)穩(wěn)定。可見(jiàn)，電動(dòng)汽車(chē)點(diǎn)，而連接母線14和15及母線16和17的2條線 能夠快速響應(yīng)負(fù)荷變化，如果對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)控制，可路恰好將整個(gè)系統(tǒng)分成2個(gè)獨(dú)立區(qū)域，即這2條線 以非常有效地改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。路為區(qū)域間的聯(lián)絡(luò)線。系統(tǒng)總裝機(jī)容量為 此外，從圖6可以看出，當(dāng)沒(méi)有電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)6 2975 Mw，區(qū)域1中的負(fù)荷波動(dòng)設(shè)為300 Mw頻時(shí)，等值發(fā)電機(jī)組最終承當(dāng)了所有階躍

37、負(fù)荷波動(dòng)；(以1 000 MW為基準(zhǔn)值時(shí)即為03)，調(diào)頻容量設(shè) 電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)頻后，其承當(dāng)了局部負(fù)荷波動(dòng)，這樣 為負(fù)荷的8，即需要的調(diào)頻總?cè)萘繛?038 MW。 就可以降低系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)組調(diào)頻容量的要求，從而 其中，常規(guī)機(jī)組和電動(dòng)汽車(chē)可分別提供80和20 節(jié)約本錢(qián)。 的調(diào)頻容量，即4070 MW和1008Mw。以每輛一60一萬(wàn)方數(shù)據(jù)學(xué)術(shù)研究張立巖，等基于線性矩陣不等式的電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化魯棒控制學(xué)術(shù)研究張立巖，等基于線性矩陣不等式的電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化魯棒控制電動(dòng)汽車(chē)電池提供3kW功率來(lái)估算，那么大致需要 器參數(shù)如式(7)所示，且Kr。一7232，K-一4621，34萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)接入系統(tǒng)參與調(diào)頻效勞。經(jīng)過(guò)

38、抽 KDl一1131，KP26512，K123242，KD2象建模之后的控制系統(tǒng)框圖如附錄D圖D3所示。 1412。采用所提方法設(shè)計(jì)的最優(yōu)H。一PID混合控制廠一6478 116361 108一831 811一m19一m11mKI09(7)l一1145019056017一770一3。o57一O78一!2r)一n58假定LFC采用FFC，即目標(biāo)是調(diào)節(jié)區(qū)域1和區(qū) 域2的頻率偏差為0。2個(gè)區(qū)域各有一個(gè)電動(dòng)汽車(chē) 代理，集中管理電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)頻效勞。設(shè)置區(qū) 域1中的擾動(dòng)變量為Eo3，02，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)為01仿真得到2個(gè)區(qū)域的af，PG和P。v變化情況如 圖8所示。(b)隨機(jī)慢變延時(shí)情況區(qū)域1； 區(qū)域2Us(

39、c)APEv的曲線圖9時(shí)變正弦延時(shí)和隨機(jī)慢變延時(shí)情況下一區(qū)域1：一區(qū)域2雙區(qū)域系統(tǒng)的頻率特性Fig9Frequency characteristicsof two-area system圖8 網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)01S時(shí)雙區(qū)域系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性with time-varyingsinusoidal delay and Fig8Dynamic performanceof two-arearandomslow。varyingdelaysystemwith time delay01 由圖8可知，由于采用FFC，區(qū)域l和區(qū)域2的6結(jié)語(yǔ)Af在有延時(shí)的情況下也都可以恢復(fù)到0，確保系統(tǒng)針對(duì)未來(lái)大量電動(dòng)汽車(chē)接入電力系統(tǒng)后

40、其電池 穩(wěn)定。雙區(qū)域中的發(fā)電機(jī)組和電動(dòng)汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)出力可作為儲(chǔ)能元件參與系統(tǒng)調(diào)頻問(wèn)題，本文系統(tǒng)地研都有所增加，共同承當(dāng)了05的負(fù)荷波動(dòng)。究了采用網(wǎng)絡(luò)化控制方式控制電動(dòng)汽車(chē)參與系統(tǒng)調(diào)前文給出了延時(shí)為固定值時(shí)各種因素對(duì)系統(tǒng)動(dòng)頻的方法，并考查了網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)態(tài)特性影響的仿真結(jié)果。下面考察網(wǎng)絡(luò)延時(shí)變化對(duì) 性能甚至穩(wěn)定性可能產(chǎn)生的負(fù)面影響。首先，開(kāi)展系統(tǒng)性能的影響。了電動(dòng)汽車(chē)參與調(diào)頻控制的實(shí)現(xiàn)模式和架構(gòu)，構(gòu)造取擾動(dòng)變量為Eo3，0，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)為01了含有電動(dòng)汽車(chē)和風(fēng)電模塊的閉環(huán)LFC的系統(tǒng)框圖9顯示了當(dāng)區(qū)域1中的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)滿(mǎn)足式(4)中的圖。之后，基于LMI理論設(shè)計(jì)了一種最優(yōu)H。一PID條件且在S

41、imulink環(huán)境下分別取時(shí)變正弦延時(shí) 混合控制調(diào)頻方法。通過(guò)對(duì)單區(qū)域和雙區(qū)域電力系r()一01sin t+015和隨機(jī)慢變延時(shí)2種情況 統(tǒng)的仿真和分析，得到如下結(jié)論。下，仿真得到的雙區(qū)域頻率變化曲線。1)大量電動(dòng)汽車(chē)入網(wǎng)后其電池作為分散儲(chǔ)能設(shè) 比擬圖8和圖9可知，當(dāng)延時(shí)從固定變?yōu)闀r(shí)變備可以參與系統(tǒng)調(diào)頻并可能對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻率特性產(chǎn) 之后，系統(tǒng)的頻率特性曲線變差，超調(diào)量由原生明顯影響，減少系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)組調(diào)頻容量的需求，來(lái)的一0008 11 Hz分別變?yōu)橐?00889 Hz和 應(yīng)用潛力很大。一001398 Hz。對(duì)于時(shí)變延時(shí)情況，在采用所設(shè)計(jì) 2)采用調(diào)度中心一電動(dòng)汽車(chē)代理一車(chē)主的分層 的最優(yōu)H。一

42、PID混合控制情況下系統(tǒng)仍然能夠保 控制架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)化控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的控制是 持穩(wěn)定。 可行的。3)網(wǎng)絡(luò)化控制雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由仿真結(jié) 一61萬(wàn)方數(shù)據(jù)2021，37(20)2021，37(20)電力最統(tǒng)自動(dòng)代果可以看出，網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能甚至穩(wěn)August 1，2021，Tokyo，Japan：481485101 SORTOMMEE，EISHARKAWlM AOptimal charging定性有明顯的負(fù)面影響，需要考慮采取通信網(wǎng)絡(luò)調(diào)strategiesfor unidirectional vehicletogridEJIEEE Trans度手段來(lái)減少延時(shí)。 Smart Gri

43、d，2021，2(1)：1311384)如果不能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方法減少網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，11岳東，彭晨網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析與綜合M北京：科學(xué)出版那么可以考慮采用現(xiàn)代控制方法來(lái)改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行社，200712J劉梅招，楊莉，甘德強(qiáng)，等存在均勻通信時(shí)滯的AGC穩(wěn)定極限為。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)隨機(jī)且無(wú)上界的情況，本文采用計(jì)算J電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30(19)：7-12H。魯棒控制理論和LMI方法，并與PID控制相結(jié)I。IU Meizhao，YANGLi，GANDeqiang，eta1Computing the合，設(shè)計(jì)了一種最優(yōu)H、一PID混合控制方法。delaymarginofAGC systemwithcomme

44、nsurate communication delayJAutomation of Electric Power5)對(duì)于采用傳統(tǒng)PI控制無(wú)法保持穩(wěn)定的LFCSystems，2006，30(19)：712系統(tǒng)，應(yīng)用所開(kāi)展的最優(yōu)H。一PID混合控制方法能13韓海英V2G參與電網(wǎng)調(diào)峰和調(diào)頻控制策略研究DI北京：北夠維持系統(tǒng)穩(wěn)定并消除穩(wěn)態(tài)誤差。京交通大學(xué)，201I6)電動(dòng)汽車(chē)集群控制和網(wǎng)絡(luò)化調(diào)頻有助于增強(qiáng)I4邱占芝，張慶靈，楊春雨網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析與控制M北京：科學(xué)出版社，2021電力系統(tǒng)消納間歇性新能源的能力。151梅生偉，申鐵龍，劉康志現(xiàn)代魯棒控制理論與應(yīng)用M北京：清華大學(xué)出版社，2021附錄見(jiàn)本刊

45、網(wǎng)絡(luò)版( ：aepssgeprisgcc16賈英民魯棒H、，控制M北京：科學(xué)出版社，2007corncnaepschindexaspx)。17俞立魯棒控制：線性矩陣不等式處理方法M北京：清華大學(xué)出版社，2002參考文獻(xiàn)18張家凡一種求解控制理論問(wèn)題的新工具：1。MI凸優(yōu)化方法J11我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)開(kāi)展十二五規(guī)劃綱要EBO!201l03計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，2003，22(1)：8-11171 ：newssinacorncnZHANGJiafanA newapproachsolvethecontrol problems：r2KEMPTON W，UDOV，HUBERK，eta1Aof vehicle

46、toLMI optimization methodsJComputing Technology andgrid(V2G)for andfrequency regulationin theAutomation，2003，22(1)：811PJMsystemEBOI。2021-01 20 ：wwwudeledu19王偉，張晶濤，柴天佑PID參數(shù)先進(jìn)整定方法綜述J自動(dòng)化V2Gresourcestestv29inpjm jan09pdf學(xué)報(bào)，2000，26(3)：347355 3姚偉鋒，趙俊華，文福拴，等基于兩層優(yōu)化的電動(dòng)汽車(chē)充放電調(diào)WANG Wei，ZHANGJingtao，CHAI Tianyou

47、Advanced度策略J電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2021，36(11)：3036tuningmethods for PID parametersJ JAeta AutomaticaYA0Weifeng，ZHAOJunhua，WEN Fushuan，et a1AbilevelSinica，2000，26(3)：347-355optimizationbased dispatchingforelectric vehiclesJr20TAKAGIM，YAMAJI K，YAMAMOTO H，eta1PowerAutomation of Electric Power Systems，2021，36(11)：303

48、6systemstabilizationby charging powermanagement of plugin 4趙俊華，文福拴，薛禹勝，等電力信息物理融合系統(tǒng)的建模分析hybrid electric vehicleswith LFCsignalcProceedings of 與控制研究框架J電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2021，35(16)：卜8VehiclePower and PropulsionConference，September 71 0，ZHA()Junhua，WEN Fushuan，XUE Yusheng，et a12021，Tokyo，Japan：822826forModeling，

49、analysis and controlof cyberphysicalpower systems：21WEN TUnified tuning of PIDload frequency controllerfundamental researchframeworkr JAutomation of Electricpower systems via IMCJIEEETransPower Systems，PowerSystems，2021，35(16)：卜8 2021，25(1)：3413505趙俊華，文福拴，薛禹勝，等電力CPS的架構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)與挑22段獻(xiàn)忠，何飛躍考慮通信延遲的網(wǎng)絡(luò)化AGC魯

50、棒控制器設(shè)計(jì) 戰(zhàn)J電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2021，34(16)：1 7J中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26(22)：3540ZHAOJunhua，WEN Fushuan，XUE Yusheng，eta1CyberDUAN Xianzhong，HE FeiyueNetworkedAGC robust controllerdesign in consideration of communicationdelayJphysicalpowersystems：architecture，implementationtechniquesand challengesJAutomation of ElectricPow

51、erProceedingsof theCSEE，2006，26(22)：35 40 Systems，2021，34(16)：卜7r6GAIUS M，KOCHS，ANDERSSON GProvision of load張立巖(1989一)，男，博士研究生，主要研究方向：智能frequencycontrolby PHEVs，controllable loadsand 電網(wǎng)及電動(dòng)汽車(chē)的調(diào)度和控制、電力信息物理融合系統(tǒng)。generationunitJIEEETransIndustrial Electronics，2021，Email：liyan010406gmailcorn58(10)：4568458

52、2趙俊華(1980)，男，助理研究員，主要研究方向：電力 7NIKLAS R，II。ICMOptimal charge control of plug in hybrid系統(tǒng)分析與計(jì)算、智能電網(wǎng)、計(jì)算智能方法在電力系統(tǒng)中的electric vehicles deregulated electricitymarketsJIEEE應(yīng)用、電力經(jīng)濟(jì)與電力市場(chǎng)。Email：fuxiharp(勇gmailcornTransPower Systems，2021，26(3)：10211029文福拴(1965)，男，通信作者，特聘教授，博士生導(dǎo)師， 8HANS，HAN S，KAORU SDevelopment

53、of optimalvehicletogrid for frequency regulationJIEEE主要研究方向：電力系統(tǒng)故障診斷與系統(tǒng)恢復(fù)、電力經(jīng)濟(jì)與TransSmart Grid，2021，1(1)：6572電力市場(chǎng)、智能電網(wǎng)與電動(dòng)汽車(chē)。Email：fushuanwedr9OTAY，TANIGUCHI H，NAKAJIMA T，eta1Effect ofgmailcornautonomous distributedvehicletogrid(V2G)onpower system(編輯萬(wàn)志超)frequency controlcProceedings of 2021 Internati

54、onalConference Industrial and InformationSystems，July 29一(下轉(zhuǎn)第70頁(yè)continued page 70)一62一萬(wàn)方數(shù)據(jù)2021，37(20)2021，37(20)電力系統(tǒng)自動(dòng)化YOKOYAMA Ryuichi。YOSHIMI KouichirouMASUDA distributed generation management in smart microgrid with TakahikoContribution of electric vehicles for energy hierarchicalagentsJ3Energy P

55、rocedia，2021，12(1)：7690 managementin smart houses with uncertainpower generation口Automation of Electric Power Systems，2011，35(22)： 程瑜(1978一)，女，通信作者，博士，副教授，主要研究18-23方向：電力經(jīng)濟(jì)分析、銷(xiāo)售電價(jià)理論及應(yīng)用。Email：153艾闖，李丹三亞亞龍灣旅游度假區(qū)冰蓄冷區(qū)域供冷技術(shù)的應(yīng)judychengyu163corn用口電力需求側(cè)管理，2021，11(6)：3538安娃(1988一)，男，碩士研究生，主要研究方向：電力AI Chuang，L

56、I DanTechnologyapplication of ice-storagedistrict coolingin SanyaYalongBay ResortDistrictJPower 需求響應(yīng)。E-mail：asbuekhotmailcomDemandSide Management，2021，11(6)：3538 (編輯 丁琰)163 JIANG BingnanDynamic residential demand andAnalysis ofActive LoadsInteraction Response BehaviorCHENG1，一AN Su(1StateKey Laborato

57、ryof Alternate ElectricalPower System withRenewable EnergySources， North China ElectricPowerUniversity，Beijing102206，China；2School of Electricaland Electronic Engineering，NorthChina ElectricPowerUniversity，Beijing102206，China) Abstract：Based the timeprocess characteristic and economic efficiency cha

58、racteristic of the civilian active load systemsinteraction demandresponse。abehavior analysismode of active loads interaction response is proposedA demandresponseoperationdecisionmodel is developedmaximize the profits of and power industriesevenwith social welfaretakeninto accountThenevaluationindex

59、system is proposed that representandidentify the physical features of the interactive response behavioramongusersenergydemands，electricity demands andthe cooperation betweendistributedrenewable energy and grid by the decouplingresponse behaviorsbetween usersenergy consuming load and electric loadFin

60、ally，the effectiveness of the model and indexsystem proposedis verified by analysis of the residential and commercial quarters active load systemsresponse behaviorin the heavyspace cold load grid，respectively，theactive load system consistingof cold storageair conditioning and distributedwind generat