一种多域新能源互联电力系统及其设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多域新能源互联电力系统及其设计方法,包括三个子电力系统，每一所述子电力系统均包括涡轮机与电池，且第一区域子电力系统采用非再热型汽轮机，所述第二、第三子电力系统采用再热型汽轮机。利用滑模控制方法优化频率控制，滑模控制是典型的非线性控制，其对每个区域整体建模并分散控制，响应速度快，具有良好的鲁棒性；其次，利用储能模块的平滑输出功率，最终减小系统的频率偏差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多域互联电力系统负荷频率控制
，特别涉及一种多域新能源互联电力系统及其设计方法。
技术介绍
随着风力发电大范围投入应用，其对电力系统运行和控制的影响引起了广泛关注。在高渗透率风力发电的互联电力系统中，风能的波动性造成系统功率供需不平衡，系统频率出现偏差，严重时甚至造成系统崩溃。因此，在含有风力发电的互联电力系统中，其频率控制相比于传统发电系统频率控制更具有挑战性。系统负荷频率控制(LFC)对发电机组的控制量一般由经济调度分量和区域控制偏差(ACE)调节分量两种分量组成。大部分研究是将风能作为系统的干扰源，风力发电未参与系统频率控制。但是随着风力发电在电力系统中的广泛应用，它对系统频率和电压的稳定具有重要影响与作用，使风电系统参与整个发电系统的频率控制和电压调节以及自动发电控制(AGC)的经济调度环节。经济调度根据给定的负荷水平，安排最经济的发电调度方案，将风能进行科学调度利于电力系统运行的经济性。传统的LFC控制通常适合在固定的运行工作点，随着电力系统结构日趋复杂，传统发电系统与新型发电系统的合并，大量的非线性和不确定环节的加入，使传统的PID控制器在控制性能上很难同时满足跟踪速度与抑制扰动或系统运行参数变化，难以实现控制目标。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种能减小由于风能波动而引起的 系统频率偏差的多域新能源互联电力系统及其设计方法。本专利技术第一方面提供一种多域新能源互联电力系统,包括发电设备、具有非再热型汽轮机的发电单元、具有再热型汽轮机的发电单元、储能模块及滑模控制器。所述发电设备包括风机发电机组与传统发电机组，传统发电机组包括调速器、涡轮机、旋转设备及负荷和负荷频率控制单元；风机发电机组包括液压伺服执行机构、转矩系统与桨距角控制模块。所述液压伺服执行机构和桨距角控制模块通过液力偶合器连接于所述传统发电机组的端部。所述液力偶合器能够有效的改善传动品质和电机的起动性能，可柔和带动大惯量的设备起动，起到节能环保、防止电机功率浪费。多机并联运行时，协调多机驱动时负载的平均分配，保证风机发电机组与传统发电机组实时互动的调频。进一步地，所述储能模块包括电池和变换器，所述变换器包括控制策略单元、12脉冲桥式逆变器和变压器。进一步地，所述多域新能源互联电力系统包括三个子电力系统，每一所述子电力系统均包括涡轮机与电池，且第一区域子电力系统采用非再热型汽轮机，所述第二、第三子电力系统采用再热型汽轮机。本专利技术第二方面提供一种多域新能源互联电力系统的设计方法，包括以下步骤：S1、构建所述多域新能源互联电力系统的数学模型：其中：i表示第i个区域，Ai、Bi、Fi是电力系统参数，ui(t)为滑模控制器的数学模型，ΔPd(t)表示负荷扰动；S2、构建包含系统参数不确定项和负荷扰动的所述多域新能源互联电力系统的数学模型其中：ΔAi、ΔBi、ΔFi是电力系统参数的变化；S3、将系统参数不确定项和负荷扰动集结成一项，即：再构建所述多域新能源互联电力系统的数学模型：S4、设计滑模控制器：当系统中的参数不确定项和负荷扰动满足匹配条件时，即gi(t)＝B′ig′i(t)，其中 所设计的滑模控制器满足：当系统中的参数不确定项和负荷扰动不满足匹配条件时，所设计的滑模控制器满足：其中：sgn是符号函数，||g′i(t)||≤di，||gi(t)||≤hi。进一步地，所述步骤S1还包括针对采用非再热型汽轮机的所述第一区域子电力系统构建数学模型：x1(t)＝[Δf1(t),Δpg1(t),Δxg1(t),ΔE1(t),Δδ1(t),ΔfT1(t),ΔX11,ΔX12,ΔX13,ΔX14]T，其中：且：Δf(t)为频率偏差，ΔPg(t)为发电机输出功率偏差，ΔXg(t)为调节阀位置偏差，Δδ(t)为转子角度偏差。进一步地，所述步骤S1还包括针对采用再热型汽轮机的所述第一区域子电力系统构建数学模型：x2(t)＝[Δf2(t),Δpg2(t),Δxg2(t),ΔE2(t),Δδ2(t),ΔfT2(t),ΔX21,ΔX22,ΔX23,ΔX24]T，其中：进一步地，所述多域新能源互联电力系统的设计方法还包括针对涡轮机建立数学模型：其中：且：ΔfT(t)为涡轮机频率偏差，KIG为耦合增益，αi为变换器的触发角，KP为电力系统增益，TP为电力系统时间长常数，KP1为桨距控制增益。优选地，所述滑模控制器需满足切换面设计，取切换面函数为：根据滑模控制原理取可得等效控制：基于上述技术方案的公开，本专利技术提供的所述多域新能源互联电力系统及其设计方法利用滑模控制方法优化频率控制，滑模控制是典型的非线性控制，其对每个区域整体建模并分散控制，响应速度快，具有良好的鲁棒性；其次，利用储能模块的平滑输出功率，最终减小系统的频率偏差。附图说明图1为本专利技术提供的一种多域新能源互联电力系统的结构示意图；图2为第一区域子电力系统的动态方程；图3为第二区域子电力系统的动态方程；图4为储能模块的结构示意图；图5为储能模块的等效电路图；图6为等量微增储能模块的模型；图7为本专利技术实施例1中不确定项匹配时不采用滑模控制器控制的Δfi(t)响应示意图；图8为本专利技术实施例1中不确定项匹配时不采用滑模控制器控制的ΔPtiei(t)响应示意图；图9为本专利技术实施例1中不确定项匹配时不采用滑模控制器控制的ΔPGWi(t)响应示意图；图10为本专利技术实施例1中不确定项匹配时采用滑模控制器控制的Δfi(t)响应示意图；图11为本专利技术实施例1中不确定项匹配时采用滑模控制器控制的ΔPtiei(t)响应示意图；图12为本专利技术实施例1中不确定项匹配时采用滑模控制器控制的ΔPGWi(t)响应示意图；图13为第一区域分别采用PID控制和所构造的滑模控制器控制的Δf1(t)响应示意图；图14为第二区域分别采用PID控制和所构造的滑模控制器控制的Δf2(t)响应示意图；图15为第三区域分别采用PID控制和所构造的滑模控制器控制的Δf3(t)响应示意图；图16为第一区域分别采用PID控制和所构造的滑模控制器控制的ΔPtie1(t)响应示意图；图17为第二区域分别采用PID控制和所构造的滑模控制器控制的ΔPtie2(t)响应示意图；图18为第三区域分别采用PID控制和所构造的滑模控制器控制的ΔPtie3(t)响应示意图；图19为第一区域分别采用PID控制和所构造的滑模控制器控制的ΔPGW1(t)响应示意图；图20为第二区域分别采用PID控制和所构造的滑模控制器控制的ΔPGW2(t)响应示意图；图21为第三区域分别采用PID控制和所构造的滑模控制器控制的ΔPGW3(t)响应示意图；图22为切换函数σ1(t)的响应示意图；图23为所构造的滑模控制器输出u1(t)的响应示意图；图24为切换函数σ2(t)的响应示意图；图25为所构造的滑模控制器输出u2(t)的响应示意图；图26为切换函数σ3(t)的响应示意图；图27为所构造的滑模控制器输出u3(t)的响应示意图；图28为考虑GRC的非线性涡轮机示意图；图29为三域均采用所构造的滑模控制器的Δfi(t)响应示意图；图30为三域均采用所构造的滑模控制器的ΔPtiei(t)响应示意图；图31为三域均采用所构造的滑模控制器的ΔPGWi(t)响应示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多域新能源互联电力系统,其特征在于，包括发电设备、具有非再热型汽轮机的发电单元、具有再热型汽轮机的发电单元、储能模块及滑模控制器；所述发电设备包括风机发电机组与传统发电机组，传统发电机组包括调速器、涡轮机、旋转设备及负荷和负荷频率控制单元；风机发电机组包括液压伺服执行机构、转矩系统与桨距角控制模块；所述液压伺服执行机构和桨距角控制模块通过液力偶合器连接于所述传统发电机组的端部。

【技术特征摘要】
1.一种多域新能源互联电力系统,其特征在于，包括发电设备、具有非再热型汽轮机的发电单元、具有再热型汽轮机的发电单元、储能模块及滑模控制器；所述发电设备包括风机发电机组与传统发电机组，传统发电机组包括调速器、涡轮机、旋转设备及负荷和负荷频率控制单元；风机发电机组包括液压伺服执行机构、转矩系统与桨距角控制模块；所述液压伺服执行机构和桨距角控制模块通过液力偶合器连接于所述传统发电机组的端部。2.根据权利要求1所述的多域新能源互联电力系统，其特征在于，所述储能模块包括电池和变换器，所述变换器包括控制策略单元、12脉冲桥式逆变器和变压器。3.根据权利要求2所述的多域新能源互联电力系统，其特征在于，包括三个子电力系统，每一所述子电力系统均包括涡轮机与电池，且第一区域子电力系统采用非再热型汽轮机，所述第二区域、第三区域子电力系统采用再热型汽轮机。4.一种多域新能源互联电力系统的设计方法，包括如权利要求1至权利要求3所述的多域新能源互联电力系统，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建所述多域新能源互联电力系统的数学模型： x · i ( t ) = A i x i ( t ) + B i u i ( t ) + Σ j ∈ N j ≠ i E i j x j ( t ) + F i ΔP d i ( t ) ]]>其中：i表示第i个区域，Ai、Bi、Fi是电力系统参数，ui(t)为滑模控制器的数学模型，ΔPd(t)表示负荷扰动；S2、构建包含系统参数不确定项和负荷扰动的所述多域新能源互联电力系统的数学模型 x · i ( t ) = ( A i ′ + ΔA i ) x i ( t ) + ( B i ′ + ΔB i ) u i ( t ) + Σ j ∈ N j ≠ i N E i j x j ( t ) + ( F i ′ + ΔF i ) ΔP d i ( t ) ]]>其中：ΔAi、ΔBi、ΔFi是电力系统参数的变化；S3、将系统参数不确定项和负荷扰动集结成一项，即： g i ( t ) = ΔA i x i ( t ) + ΔB i u i ( t ) + ( F i ′ + ΔF i ) ΔP d i ( t ) , ]]>再构建所述多域新能源互联电力系统的数学模型： x · i ( t ) = A i ′ x i ( t ) + B i ′ u i ( t ) + Σ j = i j ≠ i N E i j x j ( t ) + g i ( t ) ; ]]>S4、设计滑模控制器：当系统中的参数不确定项和负荷扰动满足匹配条件时，即gi(t)＝Bi′gi′(t)，其中所设计的滑模控制器满足： u i ( t ) = K i x i - ( G i B i ′ ) - 1 || G i || || c ...

【专利技术属性】
技术研发人员：厉建新，米阳，李建勇，任鲁飞，李兆春，张守海，焦建亮，张军，王利民，张文春，杨洋，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司日照供电公司，
类型：发明
国别省市：山东;37