一种基于分频控制的动态电力系统负荷频率协调方法技术方案

本发明专利技术涉及本发明专利技术涉及一种基于分频控制的动态电力系统负荷频率协调方法，包括：1)构建考虑通信时滞且包含双馈风力发电系统和火力发电系统的动态电力系统模型；2)通过分频器将混合偏差用于协调双馈风力发电机组和火力发电机组的频率管理；3)针对火力发电机组，基于混合偏差的低频分量设计双环补偿控制以提高负荷频率控制的鲁棒性和动态响应；4)针对双馈风力发电机组，基于混合偏差的高频分量设计比例积分控制器以支持火力发电机组的频率调节，利用粒子群优化算法优化多目标函数以获取PI控制器参数。与现有技术相比，本发明专利技术具有系统鲁棒性强、双馈风力发电系统能够辅助参与系统频率管理、负荷频率偏差更小，恢复速度更快等优点。

A Load Frequency Coordination Method for Dynamic Power System Based on Frequency Division Control

The invention relates to a load frequency coordination method of dynamic power system based on frequency division control, which includes: 1) constructing a dynamic power system model with communication delay and doubly-fed wind power generation system and thermal power generation system; 2) coordinating the frequency management of doubly-fed wind power generation and thermal power generation units through frequency divider; 3) aiming at thermal power generation; In order to improve the robustness and dynamic response of load frequency control, a double-loop compensation control is designed based on the low-frequency component of mixed deviation. 4) For doubly-fed wind turbine, a proportional-integral controller is designed based on the high-frequency component of mixed deviation to support the frequency regulation of thermal power generating units. Particle swarm optimization is used to optimize the multi-objective function to obtain the parameters of PI controller. Compared with the prior art, the invention has the advantages of strong system robustness, the doubly fed wind power generation system can assist in system frequency management, the load frequency deviation is smaller, and the recovery speed is faster.

【技术实现步骤摘要】
一种基于分频控制的动态电力系统负荷频率协调方法
本专利技术涉及一种动态电力系统的负荷频率协调方法，尤其是涉及一种基于分频控制的动态电力系统负荷频率协调方法。
技术介绍
可再生能源作为一种可持续的清洁能源，在解决化石能源短缺和缓解全球变暖方面发挥着积极作用。然而，可再生能源具有随机性和不确定性，导致频率偏差增加并使电力系统的运行状态恶化。同时负荷需求的随机波动和开放式通信网络结构的时间延迟也会影响系统频率偏差。因此，近年来电力系统的频率调节引起了很多关注，有必要针对不确定风能和随机负荷需求的时滞电力系统设计一种有效的负荷频率控制(LFC)方法。在电力系统中，火力发电机组因其稳定的功率输出而被视为频率调节的主要部分。关于改进火力发电机组频率调节已开展多项研究。在文献Adaptivedecentralizedloadfrequencycontrolofmulti-areapowersystems和AdaptivePolarFuzzylogicbasedLoadFrequencyController中，研究了基于LFC的自适应控制和模糊控制的电力系统，以保证负载频率的波动收敛到可以做得很小的范围。在文献Delay-dependentstabilityforloadfrequencycontrolwithconstantandtime-varyingdelays中，比例积分负荷频率控制(PILFC)被设计为了获得更好的频率调节效果通过分析PI控制器的增益与LFC的延迟裕度之间的关系。在文献Robustloadfrequencycontrolwithdynamicdemandresponseforderegulatedpowersystemsconsideringcommunicationdelay中，提出了一种鲁棒的LFC控制器设计方法，通过H∞性能分析和粒子群(PSO)搜索算法使频率控制具有鲁棒性。在文献LMI-basedrobustpredictiveloadfrequencycontrolforpowersystemswithcommunicationdelays中，研究了新的线性矩阵不等式LFC在不同的不确定和时变电力系统中的性能和鲁棒性。含可再生能源的动态电力系统不仅是一个非线性系统，而且还包含大量的不确定性，虽然以上研究中使用的方法提高了LFC的性能，但对于非线性动态电力系统更适合用非线性方法来处理LFC。作为一种典型的非线性控制方法，滑模(SM)控制因其强大的性能和广泛的工程应用而广为人知。SM控制对外部干扰参数不确定性不敏感，其参数可根据系统的动态调整。因此，基于SM算法的控制器可以大大提高系统的鲁棒性和瞬态性能。在文献Slidingmodeload-frequencycontrollerdesignfordynamicstabilityenhancementoflarge-scaleinterconnectedpowersystems中，针对具有不确定性的电力系统，基于SM控制设计了负载频率控制器。设计的控制器在广泛的参数范围内具有动态稳健的稳定性。在文献Loadfrequencycontrolbyneural-networkbasedintegralslidingmodefornonlinearpowersystemswithwindturbine和Improvedslidingmodedesignforloadfrequencycontrolofpowersystemintegratedanadaptivelearningstrategy中，设计了各种新型的SMLFC，并利用径向基(RBF)神经网络，PSO和自适应动态规划优化了SM控制器的参数。与传统的PISM控制器相比，有效降低了频率波动范围，提高了响应速度。上述文献通过各种控制算法，特别是SM算法，在优化和改善LFC性能方面做了大量工作。然而，随着风能渗透率的不断提高，有必要使风电机组辅助火力发电机组参与频率调节，而不仅仅是将风力发电机组视为产生有功功率的电源。有关风力发电机组(WTG)辅助电力系统频率管理的一些研究正在开展。在文献Ananalysisoftheeffectsanddependencyofwindpowerpenetrationonsystemfrequencyregulation中，模拟了风能对系统频率响应特性的影响，并分析了不同风能渗透率对系统LFC的影响。在文献Temporaryprimaryfrequencycontrolsupportbyvariablespeedwindturbinespotentialandapplications中，验证了提供风电场的短期有功功率支持的能力。在文献Frequencycontrollingwindpowermodelingofcontrolstrategies中，风力发电机的桨距角控制表明，风力发电机组的功率输出可以在短时间内支持电力系统频率管理。以上研究主要是通过风力发电机组的惯性控制，桨距角控制，平滑风力发电机组的输出功率来辅助电力系统LFC。然而，电力系统的LFC不仅需要对某一类型发电机组进行优化控制，还需要协调方法来协调各类型发电机的合理有效运行，改善和提高动态电力系统的频率管理能力。
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基于分频控制的动态电力系统负荷频率协调方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于分频控制的动态电力系统负荷频率协调方法，该方法包括以下步骤：S1：构建包含双馈风力发电机组、火力发电机组的动态时滞电力系统，考虑电力系统二次频率调整通信时滞、混合偏差低频分量前馈控制通信时滞。其状态方程表达式为：式中，x(t)是状态向量，x(t)＝[Δf,ΔPm,ΔPv,ΔE,ΔSg]T，Δf，ΔPm，ΔPv，ΔE，ΔSg，ΔPL，ΔPW分别是频率变化量，火力发电机组输出功率变化量，调速器输出功率变化量，积分控制变化量，前馈控制输出功率变化量，负荷需求功率变化量，双馈风力发电机组输出功率变化量；u(t)是滑模控制器输出控制信号；d1是二次频率调整时滞，d2是前馈控制时滞。A、Adi、B、F、m(t)分别是系统系数矩阵、时滞系数矩阵、控制系数矩阵、干扰系数矩阵和干扰矩阵，i＝1,2，各矩阵表示如下：其中：Tp、Tch、Tg分别是电力系统时间常数、火力发电机组时间常数和调速器时间常数；KP是电力系统增益，Kε是积分控制增益，R是调速器调速系数，TLPF是分频器时间常数，KS是前馈控制增益。S2：由系统频率偏差和负荷需求波动构成混合偏差信号协调双馈风力发电机组和火力发电机组的负荷频率管理。为充分利用双馈风力发电机组备用功率以提供短时的功率支撑的特点，同时发挥火力发电机组稳定输出功率的优势，通过分频器将混合偏差划分为高低频分量分别作用于双馈风力发电机组PI控制和火力发电机组前馈控制。混合偏差表达式为：ΔPM＝KfΔf+ΔPL式中：Kf是频率系数。混合偏差高低频分量表达式为：式中，TLPF是分频器时间常数。S3：根据S2中提出的LFC协调方法，针对火力发电机组设计前馈控制和自适应滑模控制。301)混合偏差低频分量通过前馈控制作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分频控制的动态电力系统负荷频率协调方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，构建考虑通信时滞且包含双馈风力发电系统和火力发电系统的动态电力系统模型；S2，将由系统频率偏差和负荷需求波动构成的混合偏差分为高频分量和低频分量，用于协调双馈风力发电机组和火力发电机组的频率管理；S3，针对火力发电机组，利用低频分量设计双环补偿控制，双环补偿控制由滑模控制器和前馈控制构成；S4，针对双馈风力发电机组，利用高频分量设计PI控制器以支持火力发电机组的频率调节，并才用粒子群优化算法获取PI控制器参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于分频控制的动态电力系统负荷频率协调方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，构建考虑通信时滞且包含双馈风力发电系统和火力发电系统的动态电力系统模型；S2，将由系统频率偏差和负荷需求波动构成的混合偏差分为高频分量和低频分量，用于协调双馈风力发电机组和火力发电机组的频率管理；S3，针对火力发电机组，利用低频分量设计双环补偿控制，双环补偿控制由滑模控制器和前馈控制构成；S4，针对双馈风力发电机组，利用高频分量设计PI控制器以支持火力发电机组的频率调节，并才用粒子群优化算法获取PI控制器参数。2.根据权利要求1所述的一种基于分频控制的动态电力系统负荷频率协调方法，其特征在于，步骤S1中，所述的动态电力系统模型的状态方程为：其中，x(t)为状态向量，x(t)＝[Δf,ΔPm,ΔPv,ΔE,ΔSg]T，Δf为频率变化量，ΔPm为火力发电机组输出功率变化量，ΔPv为调速器输出功率变化量，ΔE为积分控制变化量，ΔSg为前馈控制输出功率变化量，u(t)为滑模控制器输出控制信号，d1为二次频率调整时滞，d2为前馈控制时滞，A为系统系数矩阵，Ad1和Ad2为时滞系数矩阵，B为控制系数矩阵，F为干扰系数矩阵，m(t)为干扰矩阵，其中：Tp为电力系统时间常数，Tch为火力发电机组时间常数，Tg为调速器时间常数，KP为电力系统增益，Kε为积分控制增益，R为调速器调速系数，KS为前馈控制增益，ΔPL为负荷需求功率变化量，ΔPW为双馈风力发电机组输出功率变化量，TLPF为分频器时间常数。3.根据权利要求2所述的一种基于分频控制的动态电力系统负荷频率协调方法，其特征在于，步骤S2中，通过分频器获得混合偏差的高频分量和低频分量，高频分量作用于双馈风力发电机组的PI控制器，低频分量作用于火力发电机组的前馈控制，混合偏差表达式为：ΔPM＝KfΔf+ΔPL式中，Kf是频率系数，Kf＝KG+KL，其中KG为发电机的单位调节功率，KL为负荷单位调节功率。高频分量ΔPMH和低频分量ΔPML...

【专利技术属性】
技术研发人员：米阳，何星瑭，韩云昊，宋元元，蔡杭谊，陈鑫，喻思，郎中杰，季亮，杨兴武，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31