含高风能渗透率的多域时滞电力系统负荷频率控制方法技术方案

技术编号:13741342 阅读:100 留言:0更新日期:2016-09-22 22:45
本发明专利技术涉及一种含高风能渗透率的多域时滞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时滞电力系统,并建立各区域发电系统的数学模型;S2,根据发电机的数学模型,分别对各区域建立含有不确定项的状态模型;S3,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);S4,根据积分型滑模面σi(t)设计滑模负荷频率控制器;S5,根据步骤S4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。与现有技术相比,本发明专利技术风力发电机参与系统频率调节,使风力发电与传统火力发电紧密配合,每台发电机输出功率的增量平均减小,保证各区域功率供需平衡,有效减小各区域的频率偏差。

【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,尤其是涉及含高风能渗透率的多域时滞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,清洁可再生的风能引起了广泛的关注,但是风能的波动性,导致了风机输出功率不稳定。大规模风力发电机组接入传统发电系统,使得系统频率偏移加剧。随着风能渗透率的增加,期望大风场可以参与频率控制。通常,有两种方法来减小风能波动性,一是储能电池协调控制,另一个是提高风机的控制水平。同时,随着开放型通信网络结构的引入,使传统电力系统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。文献“Yu,Xiaofeng,and K.Tomsovic.\Application of linear matrix inequalities for load frequency control with communication delays\,IEEE Trans.Power Syst.,vol.19,no.3,pp.1508-1515,2004.”中基于线性矩阵不等式设计一个鲁棒性负荷频率控制器,用于电力系统通信网络不确定延迟。文献“Ama,Takashi Hiy,D.Zuo,and T.Funabashi.\Multi-agent based automatic generation control of isolated stand alone power system\,Power System Technology,2002.Proceedings.PowerCon 2002.International Conference on IEEE,vol.1,pp.139-143,2002.”针对系统中通信延迟补偿方法提出了负荷频率控制。这些文献明确分析了信号延迟对负荷频率控制的影响。许多文献已广泛研究了不同的控制器在负荷频率控制中的应用。传统的PID控 制器已广泛用于系统负荷频率控制。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不确定结构与参数。为解决传统频率控制的缺点,采用了一些先进的控制理论,例如模糊控制、神经网络、预测控制和自适应控制等。这些方法在一定程度上解决了系统不确定性的影响,但是在实际应用中运算法则较为复杂。储能系统能够快速提供有功功率补偿,因此文献“Kalyani,Sheetal,S.Nagalakshmi,and R.Marisha.\Load frequency control using battery energy storage system in interconnected power system.\Computing Communication&Networking Technologies(ICCCNT),2012Third International Conference on.IEEE,2012”和“Aditya,S.K.,and D.Das.\Application of battery energy storage system to load frequency control of an isolated power system.\International journal of energy research,vol.23,no.3,pp.247-258,1999”中用它来提高系统负荷频率控制的性能。文献“Aditya,S.K.,and D.Das.\Application of battery energy storage system to load frequency control of an isolated power system.\International journal of energy research,vol.23,no.3,pp.247-258,1999”将负荷频率控制的一个增量模型应用于一个具有再热火力机组的孤立电力系统和储能系统中,提高了系统性能。随着负载干扰的增加,对储能系统的存储容量的要求也越高。文献“Jiang,L.,et al.\Delay-dependent stability for load frequency control with constant and time-varying delays\,IEEE Trans.Power Syst.,vol.27,no.2,pp.932-941,2012”针对单域和多域时滞电力系统PID控制器的负荷频率控制方案,讨论了PID控制器延迟利润和收益之间的关系。尽管调整PID控制器的增益可以削弱时滞对电力系统的影响和保持额定频率在偏移范围内,但是每个区域的频率偏移总是存在于每个子系统。文献“Zhou Hui,Ya Fu,and Rong Cong.\Fuzzy-based load frequency controller for interconnected power system with wind power integration\,Electrical and Computer Engineering(CCECE),2014 IEEE 27th Canadian Conference on.IEEE,2014,pp.1-6.”针对含风电的两区域互联电力系统,设计了模糊负荷频率控制器,但互联系统的模型没有通信延迟。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,因此广泛应用于电力系统负荷频率控制的设计。文献“Tamara,Vrdoljak,and Nedjeljko\Optimal sliding mode controller for power system’s load-frequency control\,Universities Power Engineering Conference,2008.UPEC 2008.43rd International.IEEE,2008”作者在负荷频率控制系统中利用了离散时间滑模控制,使系统具有稳定性和鲁棒性,取得决定积分平方误差标准的离散时间滑模模型的最优参数是很有必要的。文献“Al-Hamouz,Z.M.,and Y.L.Abdel-Magid.\Variable structure load frequency controllers for multiarea power systems\,International Journal of Electrical Power&Energy Systems,vol.15,no.5,pp.293-300,1993”提出的变结构控制器对一些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含高风能渗透率的多域时滞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时滞电力系统,并建立各区域发电系统的数学模型,各区域通过联络线连接,各区域均包括火力发电系统和风力发电系统,风力发电系统的发电机为风力涡轮机,令风力涡轮机的频率偏差作为系统频率偏差调节项中的耦合项参与系统频率调节;S2,根据发电机的数学模型,分别对各区域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)+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-di)+(Fi′+ΔFi)(ΔPdi+Pgi)+Σj=1,j?nΔEijxj(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)+Aidi′xi(t-di)+gi(t)+Σj=1,j≠iNEij′xj(t)]]>其中状态变量为xi(t):xi(t)=[Δfi(t) ΔPmi(t) ΔPvi(t) ΔEi(t) Δδi(t) ΔfTi(t) Δxi1(t) Δxi2(t) Δxi3(t) Δxi4(t)]T式中,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,F′i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、F′i对应的电力系统参数的不确定项,控制变量ui(t)为滑模负荷频率控制器,Δfi(t)为系统频率偏差,ΔPmi(t)为发电机输出功率增量,ΔPvi(t)为调节阀位置增量,ΔEi(t)是频率偏差积分控制器增量,Δδi(t)是相角增量,ΔfTi(t)是风力涡轮机频率偏差,Δxi1(t)、Δxi2(t)、Δxi3(t)、Δxi4(t)代表第i个区域风机模型中的各状态量;S3,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);S4,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‑(GiB′i)‑1||Gi||hi‑(GiB′i)‑1(Wi+εi)sgn(σi(t)),其中集结不确定项gi(t)是有界的,且满足||gi(t)||≤hi,其中hi为有界常数,hi>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,sgn(*)为符号函数,S5,根据步骤S4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】
1.一种含高风能渗透率的多域时滞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时滞电力系统,并建立各区域发电系统的数学模型,各区域通过联络线连接,各区域均包括火力发电系统和风力发电系统,风力发电系统的发电机为风力涡轮机,令风力涡轮机的频率偏差作为系统频率偏差调节项中的耦合项参与系统频率调节;S2,根据发电机的数学模型,分别对各区域建立含有不确定项的状态模型: x · i ( t ) = ( A i ′ + ΔA i ) x i ( t ) + ( B i ′ + ΔB i ) u i ( t ) + ( A i d i ′ + ΔA i d i ) x i ( t - d i ) + ( F i ′ + ΔF i ) ΔP d i ( t ) + Σ j = 1 , j ≠ i n ( E i j ′ + ΔE i j ) x j ( t ) ]]>同时定义集结不确定项gi(t): g i ( t ) = ΔA i x i ( t ) + ΔB i u i ( t ) + ΔA i d i x i ( t - d i ) + ( F i ′ + ΔF i ) ( ΔP d i + P g i ) + Σ j = 1 , j ? n ΔE i j x j ( t ) ]]>将含有集结不确定项的状态模型表示为: x · i ( t ) = A i ′ x i ( t ) + B i ′ u i ( t ) + A i d i ′ x i ( t - d i ) + g i ( t ) + Σ j = 1 , j ≠ i N E i j ′ x j ( t ) ]]>其中状态变量为xi(t):xi(t)=[Δfi(t) ΔPmi(...

【专利技术属性】
技术研发人员:米阳刘永娟郝学智吴彦伟马超符杨
申请(专利权)人:上海电力学院
类型:发明
国别省市:上海;31

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