一种含风储的多域电力系统负荷频率控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种含风储的多域电力系统负荷频率控制方法，包括以下步骤：S1，构建多域的电力系统，建立发电机的数学模型；S2，建立含有不确定项的状态模型；S3，设计滑模面；S4，设计滑模负荷频率控制器；S5，对电力系统负荷进行区间划分，针对不同区间内的负荷提出不同的控制策略。与现有技术相比，本发明专利技术中储能子系统参与系统频率调节，考虑了互联系统的参数不确定项和储能系统的控制信道延时问题。根据系统负荷扰动变化的区间，提出不同的控制策略，具有系统频率偏差和系统的超调量低、调节时间端、电力系统稳定性高的优点。与传统PI控制下有储能系统相比，减小了储能设备的容量，降低了电力系统的投资。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统负荷频率控制方法，尤其是涉及一种含风储的多域电力系统负荷频率控制方法。
技术介绍
频率是反映电力系统安全稳定运行的重要指标之一，电力系统在正常运行情况下，频率控制主要通过调节发电机的有功出力完成。当电力系统发生大扰动，即发电功率严重不平衡时，电力系统频率的恢复需要依靠负荷频率控制使得频率保持在电力工业所允许的范围之内。目前，风能是一种取之不尽用之不竭的清洁可再生能源，受到了广泛学者和专家的关注，风力发电量所占的比重也在逐年增加。但是，风能具有间歇性，会引起电力系统中有功不平衡，从而导致系统频率偏离额定频率。为减小系统频率波动对生产生活的影响，将系统负荷频率控制在允许的范围内是十分有必要的。自动发电控制(AGC)是电网中实现有功平衡和系统频率稳定的重要方式。我国的AGC电源主要为火电机组，其缺点是响应时滞长、机组爬坡速率低，不能准确跟踪调度AGC指令。随着储能系统技术的进步和成本的降低，越来越多的新型储能系统(除抽水系能之外)接入电网中。储能系统具有快速、准确的功率响应能力，能够对系统的频率变化做出快速的响应，可有效抑制因风力发电和负荷扰动带来的频率波动。然而，储能系统的控制通道中存在不可避免的时间延迟问题。文献“电池系统对风电并网引起的频率波动控制，电力系统自动化学报，刘忠仁，刘觉民，皱贤求”中储能系统采用NAS电池，它能够在紧急情况下迅速灵活的向系统补偿所需的有功功率，可有效抑制大量风电注入电网引起的频率波动。文献“风储联合下的电力系统频率控制分析，高电压技术，苗福丰，唐西胜，齐智平”中利用储能的柔性控制，弥补风电机组自身惯性控制时间短和变桨距控制响应慢的不足，风储联合调频，提高了系统的稳定性，降低了储能配置成本。系统频率调节已引起国内外学者的广泛关注。文献“基于模糊控制的电池储能系统辅助AGC调频方法，电力系统保护与控制，丁冬，六宗歧，杨水丽等”采用模糊算法控制系统负荷频率，电池储能系统参与系统频率调节，但没有考虑新能源发电。文献“RobustH∞LoadFrequencyControlofFuturePowerGridwithEnergyStorageConsideringParametricUniversityandTimeDelay，LiyanZhang，GuoChen，ZhuoyangWang”中针对两域互联系统设计了H∞控制器，而且储能系统参与系统频率调节，但是只考虑了电力系统中新能源引起的有功波动，而未考虑系统中电力负荷引起的波动和风机自身的调节作用。文献“含风电电力系统的频率控制，电工技术学报，倪琳娜，罗吉，王少荣等”针对含风电的混合电力系统，设计了模糊PI负荷频率控制器，没有考虑系统稳定运行点变化时引起的参数不群定性。滑模控制算法具有很强的鲁棒性，特别是当系统状态运动到滑动模态时，对系统参数摄动和外界干扰具有不敏感性。文献“Theslidingmodeloadfrewuencycontrolforhybridpowersystembaseondisturbanceobserve，YangMi，YangFu，DongdongLi”基于扰动观测器为单域含风机电力系统设计了滑模控制器，但是仅局限于单域电力系统，而且没有引入储能系统参与电力系统调频。文献“DecentralizedSlidingModeLoadFrequencyControlforMulti-AreaPowersystems，YangMi，YangFu，WangChengshan”对多域互联电力系统设计了滑模控制器，有效减小了系统频率偏差，增强了系统的稳定性，但整个系统中没有考虑新能源和储能对电力系统频率调节的影响。文献“Loadfrequencycontrolbyneural-network-basedintegralslidingmodefornonlinearpowersystemswindturbine，DianweiQian，ShiwenTong，HongLiu”针对含风机的多域电力系统设计了神经滑模控制器，但是没有考虑储能系统的调节作用，未对电力系统频率调节做精细的控制策略。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑储能子系统通信延迟并有效减小电力系统各区域频率偏差的含风储的多域电力系统负荷频率控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种含风储的多域电力系统负荷频率控制方法，包括以下步骤：S1，构建包括多个区域的电力系统，并建立各区域发电机的数学模型，各区域通过联络线连接，每个区域均包括火力发电机、风力发电机和储能子系统，所述的储能子系统包括电池组和变流器，变流器与电网交换有功功率；S2，根据发电机的数学模型，建立含有不确定项的状态模型：同时定义集结不确定项gi(t)：将含有集结不确定项的状态模型表示为：其中状态变量为xi(t)：xi(t)＝[Δfi(t)ΔPmi(t)ΔPvi(t)ΔEi(t)Δδi(t)ΔPESi(t)]T控制变量ui(t)为滑模负荷频率控制器，Ai为系统矩阵，Bi为输入矩阵，Aidi为时滞项系数矩阵，Eij为互联项系数矩阵，Fi为扰动项系数矩阵，ΔAi、ΔBi、ΔAidi、ΔFi、ΔEij是分别与Ai、Bi、Aidi、Fi、Eij对应的电力系统参数的不确定项，ΔPLi(t)是系统负荷扰动，d为储能系统时滞常数，ΔPGWi(t)为第i个区域的风力涡轮机输出功率偏差，ΔPmi(t)是火力发电机输出功率增量，ΔPvi(t)是火力发电机调节阀位置增量，ΔPESi(t)是储能子系统输出功率增量；S3，根据含有集结不确定项的状态模型设计滑模面si(t)；S4，根据滑模面si(t)设计滑模负荷频率控制器ui(t)：其中集结不确定项gi(t)是有界的，矩阵Ci为滑模面si(t)的系数矩阵，ε＞0，i＝1,....,N，sgn(*)为符号函数，S5，将电力系统负荷扰动大小划分为两个区间，第一个区间为[0,ΔPL.set]，第二个区间为(ΔPL.set,ΔPL.max]。当系统负荷扰动值位于第一区间内时，系统的负荷扰动较小，通过滑模负荷频率控制器ui(t)作用于发电机系统，以达到系统有功平衡。当系统负荷扰动值位于第二区间内时，系统的负荷扰动较大，需将滑模负荷频率控制器ui(t)与储能系统协调作用才能将系统频率控制在有效范围内；其中ΔPL.set为电力系统中无储能子系统时，滑模负荷频率控制器可平滑的最大负荷扰动值，ΔPL.max为电力系统最大负荷扰动值。所述的d为储能系统控制信道的延迟时间，具体表现为储能子系统对电力系统中有功功率不平衡做出的充放电动作存在的时间延迟。所述的步骤S1中，各区域的火力发电机均采用非再热型汽轮机。所述的非再热型汽轮机的数学模型为：式中，下标i和下标j表示区域的编号，i＝1,....,N，j＝1,....,N，N为区域个数，Δfi(t)是系统频率偏差，ΔEi(t)是频率偏差积分控制器增量，Δδi(t)是相角增量，ui(t)是输入滑模负荷频率控制器的控制信号，Tij是第i个区域和第j个区域之间的联络线功率同步因数，Tpi是系统时间常数，Kpi是系统增益，Tchi是汽轮机时间常数，Tgi是调速器时间常数，Ri是调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含风储的多域电力系统负荷频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，构建包括多个区域的电力系统，并建立各区域发电机的数学模型，各区域通过联络线连接，每个区域均包括火力发电机、风力发电机和储能子系统，所述的储能子系统包括电池组和变流器，变流器与电网交换有功功率；S2，根据发电机的数学模型，建立含有不确定项的状态模型：xi·(t)=(Ai+ΔAi)xi(t)+(Bi+ΔBi)ui(t)+(Aidi+ΔAidi)xi(t-d)+(Fi+ΔFi){ΔPLi(t)-ΔPGWi(t)}+Σj=1,j≠iN(Eij+ΔEij)xj(t)]]>同时定义集结不确定项gi(t)：gi(t)=ΔAixi(t)+ΔBiui(t)+ΔAidixi(t-d)+(Fi+ΔFi){ΔPLi(t)-ΔPGWi(t)}+Σj=1,j≠iNΔEijxj(t)]]>将含有集结不确定项的状态模型表示为：xi·(t)=Aixi(t)+Biui(t)+Aidixi(t-d)+Σj=1,j≠iNEijxj(t)+gi(t)]]>其中状态变量为xi(t)：xi(t)＝[Δfi(t) ΔPmi(t) ΔPvi(t) ΔEi(t) Δδi(t) ΔPESi(t)]T控制变量ui(t)为滑模负荷频率控制器，Ai为系统矩阵，Bi为输入矩阵，Aidi为时滞项系数矩阵，Eij为互联项系数矩阵，Fi为扰动项系数矩阵，ΔAi、ΔBi、ΔAidi、ΔFi、ΔEij是分别与Ai、Bi、Aidi、Fi、Eij对应的电力系统参数的不确定项，ΔPLi(t)是系统负荷扰动，d为储能系统时滞常数，ΔPGWi(t)为第i个区域的风力涡轮机输出功率偏差，ΔPmi(t)是火力发电机输出功率增量，ΔPvi(t)是火力发电机调节阀位置增量，ΔPESi(t)是储能子系统输出功率增量；S3，根据含有集结不确定项的状态模型设计滑模面si(t)；S4，根据滑模面si(t)设计滑模负荷频率控制器ui(t)：ui(t)=-(CiBi)-1{CiAixi(t)+CiAidixi(t-d)+CiΣj=1j≠iNEijxj(t)+Cigi(t)+ϵsgns(t)}]]>其中集结不确定项gi(t)是有界的，矩阵Ci为滑模面si(t)的系数矩阵，ε＞0，i＝1,....,N，sgn(*)为符号函数，S5，将电力系统负荷扰动大小划分为两个区间，第一区间为[0,ΔPL.set]，第二区间为(ΔPL.set,ΔPL.max]，当电力系统负荷扰动值位于第一区间时，将滑模负荷频率控制器ui(t)作用于发电机，当电力系统负荷扰动值位于第二区间时，滑模负荷频率控制器ui(t)与储能子系统协调作用；其中ΔPL.set为电力系统无储能子系统时，滑模负荷频率控制器可平滑的最大负荷扰动值，ΔPL.max为电力系统最大负荷扰动值。...

【技术特征摘要】
1.一种含风储的多域电力系统负荷频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，构建包括多个区域的电力系统，并建立各区域发电机的数学模型，各区域通过联络线连接，每个区域均包括火力发电机、风力发电机和储能子系统，所述的储能子系统包括电池组和变流器，变流器与电网交换有功功率；S2，根据发电机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：米阳，郝学智，吴彦伟，马超，韩云昊，杨慧霞，刘红业，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海;31