含风电的多域时滞互联电力系统滑模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电的多域时滞互联电力系统滑模负荷频率控制方法，包括以下步骤：(1)将电力系统划分为多个包含火力发电系统和风力发电系统的区域；(2)用滑模负荷频率控制器作为控制变量ui(t)，并将系统参数的不确定项及负荷波动引起的干扰加入模型，建立含有不确定项的状态模型；(3)根据含有集结不确定项的状态模型设计积分型滑模面σi(t)；(4)设计滑模负荷频率控制器ui(t)；(5)将ui(t)作为控制指令，优化电力系统的负荷频率偏差。与现有技术相比，本发明专利技术控制方法考虑通信延迟、控制简单，鲁棒性强，时滞裕度大，在不同情况下均能取得显著的优化控制效果。

【技术实现步骤摘要】
含风电的多域时滞互联电力系统滑模负荷频率控制方法
本专利技术涉及一种多域时滞互联电力系统的负荷频率控制方法，尤其是涉及一种含风电的多域时滞互联电力系统滑模负荷频率控制方法。
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，电力系统正常运行情况下的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，大量的风力发电机组接入传统电力系统中参与发电，但是由于风能具有波动性，会导致系统频率产生较大的偏差。随着区域电力系统间的互联程度日益增强，互联电力系统规模和复杂度的不断增加，控制区域之间的联络线潮流控制构成了电力系统频率控制的关键环节。同时由于电力系统信息处理和网络通信技术的迅猛发展和应用，开放型通信网络结构的引入使负荷频率控制中不可避免地存在固定和随机的通信延迟。时滞的引入会降低控制系统的控制效果甚至引起整个闭环系统不稳定，因此时滞影响成为设计时滞电力系统负荷频率控制器的一个关键问题。传统的负荷频率控制主要是利用PI控制算法来实现。随着电力工业的发展，电力系统结构日趋复杂，并且系统还受到多种负荷扰动和波动性新能源影响，使得系统中存在大量的结构与参数不确定。学者们不断的改进PI负荷频率控制策略，并且将模糊控制、神经网络、预测控制和自适应控制等先进控制理论应用到电力系统的负荷频率控制设计中，这些方法在一定程度上解决了系统不确定的影响，但是也存在控制复杂，鲁棒性差等不足。滑模控制作为典型的非线性控制，具有响应速度快，对系统参数不确定和外部干扰呈现不变性的优点，并且算法简单，易于工程实现。文献“变结构控制理论基础，高为炳，中国科学技术出版社，1990”对阶跃负荷变化情况下的电力系统设计了常规的滑模负荷频率控制器，仿真结果显示了该控制器比PI控制器有更好的鲁棒性。文献“多区域互联电力系统的PI滑模负荷频率控制，孟祥萍等，中国电机学报，2001”基于区域控制偏差PI控制和滑模控制二者的优点，提出了一种多域互联电力系统PI滑模综合负荷频率控制的方法，采用积分滑模控制思想，使系统一开始就进入滑模状态，实现全程滑模负荷频率控制。但是以上方法均未考虑通信延迟对电力系统稳定性的影响。文献“考虑时滞影晌的电力系统稳定分析和广域控制研究进展，江全元等，电力系统自动化，2005”通过对国内外时滞电力系统的研究成果进行综述文献，指出常规电力系统稳定分析方法与考虑时滞的状态估计方法相结合的工程实践价值。文献“考虑通信延迟的网络化AGC鲁棒控制器设计，段献忠等，中国电机工程学报，2006”将时滞依赖性稳定设计方法引入到网络化自动发电控制(AGC)系统的控制器设计之中，并利用鲁棒控制理论设计针对一定范围内的通信延迟不敏感的负荷频率控制控制器，但是没有从根本上解决通信延迟对控制性能的影响，不利于在大电网中推广使用。文献“Delay-dependentstabilityforloadfrequencycontrolwithconstantandtime-varyingdelays，JiangL，YaoW，IEEETransactionsonPowerSystems，2012”分别对单域和多域时滞电力系统采用PI控制，发现系统的时滞裕度与PI控制增益的选取有关。虽然调整比例增益和积分增益可以削弱时滞对系统的影响，使系统频率偏差到达规定的允许误差范围，但是系统频率偏差始终存在。文献“loadfrequencycontrolofinterconnectedpowersystemswithcommunicationdelays，R.Dey，S.Ghosh，ElectricalPowerandEnergySystems，2004”和“Onload–frequencyregulationwithtimedelays:Designandreal-timeimplementation，BevraniH，HiyamaT，IEEETransactionsonEnergyConversion，2009”利用鲁棒控制将时滞作为系统中的不确定项来处理，在设计控制器时忽略了时滞内在特性的影响。
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减小由风能波动和时滞环节引起的系统频率偏差的含风电的多域时滞互联电力系统滑模负荷频率控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：含风电的多域时滞互联电力系统滑模负荷频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将含风电的多域时滞互联电力系统划分为至少一个区域，每个区域中均包含火力发电系统和风力发电系统；(2)将增量频率偏移Δfi(t)、发电机输出功率的增量变化ΔPmi(t)、调速器阀门位置的增量变化ΔPvi(t)、区域控制偏差积分控制增量变化ΔEi(t)和角频率偏差Δδi(t)作为电力系统状态变量，用滑模负荷频率控制器作为控制变量ui(t),将系统参数变化引起的不确定项ΔAi、ΔAidi、ΔEij和ΔBi，以及负荷波动引起的干扰ΔFi加入状态模型，对每个区域建立含风电的时滞互联电力系统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)＝ΔAixi(t)+ΔBiui(t)+ΔEijxj(t)+(Fi′+ΔFi)(ΔPdi(t)+Pgi(t))，将含有集结不确定项的状态模型表示为：其中，xi(t)＝[Δfi(t)ΔPmi(t)ΔPvi(t)ΔEi(t)Δδi(t)]T，式中，i表示第i个区域，i＝1,....,N，j表示第j个区域，j＝1,....,N，N为区域个数，Ai′为系统矩阵，A′idi为时滞项系数矩阵，Bi′为输入矩阵，Eij′为互联项系数矩阵，Fi′为扰动项系数矩阵，ΔAi、ΔAidi、ΔEij、ΔBi、ΔFi是分别与Ai′、A′idi、Eij′、Bi′、Fi′对应的电力系统参数的不确定项，ΔPdi(t)为负荷扰动，Pgi(t)为第i个风力发电机输出功率，Tij为区域i和区域j的联络线功率同步系数，TGi为调速器时间常数，TTi为汽轮机时间常数，TPi为电力系统模型时间常数，KPi为电力系统增益，Ri为调速器速率调节，βi为区域频率偏差系数，KE为积分控制增益，di为第i个区域的时滞常数；(3)根据含有集结不确定项的状态模型设计积分型滑模面σi(t)；(4)根据积分型滑模面σi(t)设计滑模负荷频率控制器ui(t)：其中集结不确定项gi(t)、时滞项系统矩阵A′idi和互联项系数矩阵E′ij是有界的，且满足如下条件：||gi(t)||≤hi,||A′idi||≤αi,||Eij′||≤γi，其中hi,αi,γi为有界常数，hi＞0,αi＞0,γi＞0，||*||表示欧几里德范数，Gi为具有适当维数的数值矩阵，Ki为具有适当维数的矩阵，εi＞0，i＝1,....,N，εi为非负常数，sgn(*)为符号函数，(5)将步骤(4)得到的控制器ui(t)作为控制指令，优化电力系统的负荷频率偏差。所述的步骤(1)中，第i个区域的时滞常数di取正实数，di与状态变量xi(t)之间满足：||xp(t-di)||≤xpmax，其中xpmax＝max||xp(t)||，p＝1,…,本文档来自技高网...

【技术保护点】
含风电的多域时滞互联电力系统滑模负荷频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将含风电的多域时滞互联电力系统划分为至少一个区域，每个区域中均包含火力发电系统和风力发电系统；(2)将增量频率偏移Δfi(t)、发电机输出功率的增量变化ΔPmi(t)、调速器阀门位置的增量变化ΔPvi(t)、区域控制偏差积分控制增量变化ΔEi(t)和角频率偏差Δδi(t)作为电力系统状态变量，用滑模负荷频率控制器计算控制变量ui(t),将系统参数变化引起的不确定项ΔAi、ΔAidi、ΔEij和ΔBi，以及负荷波动引起的干扰ΔFi加入状态模型，对每个区域建立含风电的时滞互联电力系统建立含有不确定项的状态模型：x·i(t)=(Ai′+ΔAi)xi(t)+(Bi′+ΔBi)ui(t)+(Aidi′+ΔAidi)xi(t-di)+(Fi′+ΔFi)(ΔPdi(t)+Pgi(t))+Σj=1,j≠in(Eij′+ΔEij)xj(t),]]>同时定义集结不确定项gi(t)＝ΔAixi(t)+ΔBiui(t)+ΔEijxj(t)+(Fi′+ΔFi)(ΔPdi(t)+Pgi(t))，将含有集结不确定项的状态模型表示为：x·i(t)=Ai′xi(t)+Bi′ui(t)+gi(t)+Aidi′xi(t-di)+Σj=1,j≠iNEij′xj(t),]]>其中，x(t)＝[Δfi(t) ΔPmi(t) ΔPvi(t) ΔEi(t) Δδi(t)]T，Ai′=-1TPiKPiTPi00KPi2πTPiTij0-1TTi1TTi00-1RiTGi0-1TGi00βiKE000KE2πΣj=1,j≠iNTij2π0000,]]>Bi′=001TGi00T,]]>Fi′=-KPiTPi0000T,]]>Eij′=0000KPi2πTPiTij00000000000000-KE2πTij00000,Aidi′=0000000000000-1TGi00000000000,]]>式中，i表示第i个区域，i＝1,....,N，j表示第j个区域，j＝1,....,N，N为区域个数，A′i为系统矩阵，A′idi为时滞项系数矩阵，B′i为输入矩阵，E′ij为互联项系数矩阵，Fi′为扰动项系数矩阵，ΔAi、ΔAidi、ΔEij、ΔBi、ΔFi是分别与A′i、A′idi、E′ij、B′i、Fi′对应的电力系统参数的不确定项，ΔPdi(t)为负荷扰动，Pgi(t)为第i个风力发电机输出功率，Tij为区域i和区域j的联络线功率同步系数，TGi为调速器时间常数，TTi为汽轮机时间常数，TPi为电力系统模型时间常数，KPi为电力系统增益，Ri为调速器速率调节，βi为区域频率偏差系数，KE为积分控制增益，di为第i个区域的时滞常数；(3)根据含有集结不确定项的状态模型设计积分型滑模面σi(t)；(4)根据积分型滑模面σi(t)设计滑模负荷频率控制器ui(t)：ui(t)＝‑Kixi‑(GiBi′)‑1||Gi||hi‑(GiBi′)‑1(Wi+εi)sgn(σi(t))，其中集结不确定项gi(t)、时滞项系统矩阵A′idi和互联项系数矩阵E′ij是有界的，且满足如下条件：||gi(t)||≤hi,||A′idi||≤αi,||E′ij||≤γi，其中hi,αi,γi为有界常数，hi＞0,αi＞0,γi＞0，||*||表示欧几里德范数，矩阵Gi和Ki为积分型滑模面σi(t)的系数矩阵，εi＞0，i＝1,....,N，εi为非负常数，sgn(*)为符号函数，sgn(s)=1,s≥00,s<0;]]>(5)将步骤(4)得到的控制器ui(t)作为控制指令，优化电力系统的负荷频率偏差。...

【技术特征摘要】
1.含风电的多域时滞互联电力系统滑模负荷频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将含风电的多域时滞互联电力系统划分为至少一个区域，每个区域中均包含火力发电系统和风力发电系统；(2)将增量频率偏移Δfi(t)、发电机输出功率的增量变化ΔPmi(t)、调速器阀门位置的增量变化ΔPvi(t)、区域控制偏差积分控制增量变化ΔEi(t)和角频率偏差Δδi(t)作为电力系统状态变量，用滑模负荷频率控制器计算控制变量ui(t),将系统参数变化引起的不确定项ΔAi、ΔAidi、ΔEij和ΔBi，以及负荷波动引起的干扰ΔFi加入状态模型，对每个区域建立含风电的时滞互联电力系统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)＝ΔAixi(t)+ΔBiui(t)+ΔEijxj(t)+(F′i+ΔFi)(ΔPdi(t)+Pgi(t))，将含有集结不确定项的状态模型表示为：其中，xi(t)＝[Δfi(t)ΔPmi(t)ΔPvi(t)ΔEi(t)Δδi(t)]T，式中，i表示第i个区域，i＝1,....,N，j表示第j个区域，j＝1,....,N，N为区域个数，A′i为系统矩阵，A′idi为时滞项系数矩阵，B′i为输入矩阵，E′ij为互联项系数矩阵，Fi′为扰动项系数矩阵，ΔAi、ΔAidi、ΔEij、ΔBi、ΔFi是分别与A′i、A′idi、E′ij、B′i、Fi′对应的电力系统参数的不确定项，ΔPdi(t)为负荷扰动，Pgi(t)为第i个风力发电机输出功率，Tij为区域i和区域j的联络线功率同步系数，TGi为调速器时间常数，TTi为汽轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：米阳，刘永娟，马超，吴彦伟，朱银珠，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海;31