一种交直流互联电网自动发电控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于两级分层模型预测控制的交直流互联电网自动发电控制方法。该方法在下层采用分散控制方式对多个区域电网实现模型预测控制；在上层采用动态协调模式对下层分散的模型预测控制器实现监控，因而，该方法是将集中式控制方式和分散式控制方式有机相结合，通过上下层之间的递进关系切换控制方式，兼具了集中式控制的全局最优性和分散式控制方式的可扩展性。

【技术实现步骤摘要】
一种交直流互联电网自动发电控制方法
本专利技术涉及一种电力系统自动发电控制领域，具体是涉及一种基于两级分层模型预测控制的交直流互联电网自动发电控制方法。
技术介绍
自动发电控制(AutomaticGenerationControl，AGC)是能量管理系统EMS中的一项重要功能，它按照一定的调节速率实时调整发电机组出力，以满足电力系统频率和联络线功率控制的要求。随着规模化风电接入交直流互联电网，传统的AGC控制方法难以抑制风电波动性所带来的区域频率稳定和联络线振荡等问题。模型预测控制(ModelPredictiveControl，MPC)近年来在电力系统控制领域取得了广泛应用。模型预测控制是一类反馈控制方法，其机理为：在每一个采样时刻，根据获得的当前测量信息，在线求解一个有限时域开环优化问题，并将得到的控制序列的第一个元素作用被控对象；在下一个采样时刻，重复上述过程：用新的测量值刷新优化问题并重新求解。因此，模型预测控制方法具有系统模型要求低、控制性能好、在线优化便捷、能处理多变量约束等优点，已被成功地应用于AGC系统控制器设计。目前，模型预测控制所采用的控制器结构主要是集中式模型预测控制(CentralizedModelPredictiveControl，CMPC)、分散式模型预测控制(DecentralizedModelPredictiveControl，DMPC)。集中式模型预测控制是将整个系统的所有输出或状态信息反馈到一个中央控制器上，控制器计算得到整个系统的控制输入，这种控制方式的优点是系统结构简单，但在计算量、可靠性等方面能力十分有限。分散式模型预测控制是由分散在各个区域内MPC控制器根据系统状态信息和ACE信号计算得到相应的控制量，并分配至区域内AGC机组，实现互联电网AGC系统的分散控制。分散式模型预测控制方法通过多个控制器可以提高系统的可扩展性以及系统的容错能力，解决了子系统地理分布上的分散性。这种控制方式当各个子系统耦合比较弱时，控制器的设计比较简单；当各个子系统之间耦合比较强烈时，分散式控制系统可能无法达到满意的控制性能，甚至出现系统不稳定的问题。因此，无论是集中式模型预测控制还是分散式模型预测控制，都存在一定的缺陷，无法适用于含风电的交直流互联电网的AGC系统控制器设计。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是提供一种基于两级分层模型预测控制的交直流互联电网自动发电控制方法。该方法在下层采用分散控制方式对多个区域电网实现模型预测控制；在上层采用动态协调模式对下层分散的模型预测控制器实现监控，因而，该方法是将集中式控制方式和分散式控制方式有机相结合，通过上下层之间的递进关系切换控制方式，兼具了集中式控制的全局最优性和分散式控制方式的可扩展性。解决上述技术问题，本专利技术采取如下的技术方案：一种基于两级分层模型预测控制的交直流互联电网自动发电控制方法，其特征在于：下层是把整个AGC系统分解成若干个各自独立但又相互关联的子系统，由分散的MPC控制器实施自治控制，实现子系统自身的优化目标；上层是对各分散的MPC控制器实施动态协调控制，实现集中式的全局控制。具体步骤包括：1)建立各个子区域AGC系统的状态空间模型；2)形成两级分层AGC模型预测控制：在各个子区域AGC系统的状态空间模型的基础上，形成建立上层的分散式AGC模型预测控制，实现局部自治；在下层建立分散式AGC模型预测控制器的基础上，进而在上层建立集中式AGC模型预测控制，协调全局；3)控制参数校正与仿真。通过反复仿真对上、下层MPC控制器的预测时域、控制时域、加权因子等相关参数进行校正；通过风电波动、负荷阶跃等场景仿真验证。所述步骤1)中建立子区域AGC系统的状态空间模型是本专利技术的基础，其中所用到子区域AGC系统的传递函数模型可用图1描述，转化为状态空间模型即为式(1)中，xi、ui、di分别是状态变量、控制变量、扰动变量；Ai、Bi、Ei、Ci为相应的系统矩阵参数，具体元素依次如下：xi＝[ΔXti,ΔPRti,ΔPGti,ΔXRHi,ΔXhi,ΔPGhi,ΔXgi,ΔXVPi,ΔXRgi,ΔPGgi,ΔPtieAC,i,ΔPtieDC,i,Δfi]T(2)ui＝ΔPci；(3)yi＝ACEi；(5)其中Ci＝[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,βi]T(8)所述的步骤2)是本专利技术的核心内容，实施的框架如如图2所示：在下层对各个子区域采用分散式模型预测控制，将多个MPC控制器分散在多个区域电网内，由WAMS向分散的MPC控制器传递各个区域电网的ACE信号，并将所有的ACE信号传递至上层控制器；在上层的集中式MPC控制器根据所有ACE信号综合确定是否需要作用：通过给分散在各个区域的MPC控制器输入控制信号ACEref，在不需要作用时控制信号ACEref处于开断状态。具体步骤如下：第一步：形成分散式AGC模型预测控制模型：各个子区域的MPC控制器以xi为状态变量、ui为控制变量、di为扰动变量；第二步：对分散式AGC模型预测控制器按：模型预测—滚动优化—反馈校正三个步骤进行；首先通过将式(1)离散化得到离散状态空间模型：式中，k为起始时刻；Ts是控制系统的采样周期。然后，基于离散状态空间模型(10)，可预测出系统起始于yi(k)的未来一段时间内的模型输出yi(k+j|k)，j∈(1,p)，p为预测时域。在控制时域m(m≤p)内，通过构造二次型性能指标函数：式中，qj、rj分别为输出加权因子、控制加权因子；ri为参考轨迹值，在AGC系统为ACE信号的控制目标，其值全为0。最后通过求解二次性能指标函数(11)来确定未来的控制作用ui(k+j-1|k)，j∈(1,m)，再将控制动作序列中的第一个控制序列ui(k)作用于系统，并求解刷新后的优化问题，如此循环向前推进。第三步：确定上层集中式MPC控制器是否需要动作，若需要则给分散在各个区域的MPC控制器输入控制信号ACEref,i，按照模型预测控制的三个步骤：模型预测—滚动优化—反馈校正进行，这里控制变量就是ACEref,i，而参考轨迹同样是区域误差信号ACEi，实现全局协调控制。若不需要作用则控制信号ACEref处于开断状态。从上述求解步骤可以看出：①模型预测控制算法由于采用了多步预测、滚动优化和反馈校正等控制策略，因而具有控制性能好、鲁棒性强、对模型精确性要求不高的优点；②两级分层模型预测控制是将集中式控制方式和分散式控制方式有机相结合，通过上下层之间的递进关系切换控制方式，因而，两级分层模型预测控制兼有集中式控制和分散式控制的优点，是一类控制性能优异、高可靠性的先进控制方式。综上所述，基于两级分层模型预测控制的交直流互联电网自动发电控制方法，由于两级分层控制中下层的每个分散MPC控制器计算量不大，可保证局部控制的快速性和有效性，而且整个AGC系统的分解使得故障分离、风险分散，提高了整个AGC控制系统的可靠性。在上层通过集中式MPC控制器的动态协调作用可以消除分散控制器间的调整动作矛盾，实现全局监控。本专利技术的优点和积极效果是：基于两级分层模型预测控制的交直流互联电网自动发电控制方法，不仅能够维持频率和交直流联络线交换功率在较小的范围内波动，而且控制效果明显优于CM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交直流互联电网自动发电控制方法，其特征在于，该方法为一种基于两级分层模型预测控制的交直流互联电网自动发电控制方法，在下层采用分散控制方式对多个区域电网实现模型预测控制；在上层采用动态协调模式对下层分散的模型预测控制器实现监控；其中，下层是把整个AGC系统分解成若干个各自独立但又相互关联的子系统，由分散的MPC控制器实施自治控制，实现子系统自身的优化目标；上层是对各分散的MPC控制器实施动态协调控制，实现集中式的全局控制。

【技术特征摘要】
1.一种交直流互联电网自动发电控制方法，其特征在于，该方法为一种基于两级分层模型预测控制的交直流互联电网自动发电控制方法，在下层采用分散控制方式对多个区域电网实现模型预测控制；在上层采用动态协调模式对下层分散的模型预测控制器实现监控；其中，下层是把整个AGC系统分解成若干个各自独立但又相互关联的子系统，由分散的MPC控制器实施自治控制，实现子系统自身的优化目标；上层是对各分散的MPC控制器实施动态协调控制，实现集中式的全局控制。2.根据权利要求1所述的一种交直流互联电网自动发电控制方法，其特征在于，具体步骤包括：1)建立各个子区域AGC系统的状态空间模型；2)形成两级分层AGC模型预测控制：在各个子区域AGC系统的状态空间模型的基础上，形成建立上层的分散式AGC模型预测控制，实现局部自治；在下层建立分散式AGC模型预测控制器的基础上，进而在上层建立集中式AGC模型预测控制，协调全局；3)控制参数校正与仿真：通过反复仿真对上、下层MPC控制器的预测时域、控制时域、加权因子等相关参数进行校正；通过风电波动、负荷阶跃等场景仿真验证。3.根据权利要求2所述的所述的一种交直流互联电网自动发电控制方法，其特征在于，步骤1)中建立子区域AGC系统的状态空间模型是本发明的基础，其中所用到子区域AGC系统的状态空间模型即为式(1)中，xi、ui、di分别是状态变量、控制变量、扰动变量；Ai、Bi、Ei、Ci为相应的系统矩阵参数，具体元素依次如下：xi＝[ΔXti,ΔPRti,ΔPGti,ΔXRHi,ΔXhi,ΔPGhi,ΔXgi,ΔXVPi,ΔXRgi,ΔPGgi,ΔPtieAC,i,ΔPtieDC,i,Δfi]T(2)ui＝ΔPci；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钊，汪宁渤，马彦宏，丁坤，赵龙，周强，马明，王定美，吕清泉，张艳丽，张健美，王明松，黄蓉，张金平，李津，周识远，张珍珍，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司，国家电网公司，甘肃省电力公司风电技术中心，
类型：发明
国别省市：甘肃,62