光火储混合发电系统的负荷频率协调优化控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光火储混合发电系统的负荷频率协调优化控制方法，通过机理分析获得光火储混合发电系统的频率响应状态空间模型，经离散化处理后转化为增量模型，进而建立系统的增量预测模型；分析系统中存在的约束，将其转化为线性矩阵不等式；最后利用模型预测误差和控制增量构造了综合指标函数，对控制量进行在线滚动优化，设计出协调优化控制器作用于系统，从而实现光火储混合发电系统的负荷频率协调优化控制效果。解决了光伏高渗透率引起的系统频率波动问题，通过协调控制，实现储能、传统火电机组与光伏发电机组输出功率的协调配合，改善系统的频率响应性能，并且解决系统中存在的非线性约束问题，避免设备因超负荷工作而造成安全隐患。

Load frequency coordinated optimal control method for hybrid generation system with light and fire storage

【技术实现步骤摘要】
光火储混合发电系统的负荷频率协调优化控制方法
本专利技术属于电力系统负荷频率控制
，更具体地，本专利技术涉及一种光火储混合发电系统的负荷频率协调优化控制方法。
技术介绍
太阳能作为绿色无污染的可再生能源成为各国研究的重点，并逐渐推广应用于发电，实现了经济环保的目的。但受制于环境和自身物理特性，其输出功率具有很强的随机波动性，并且新能源渗透率不断提高，使得传统电源的调频能力逐渐弱化，以致调频容量不足，给新能源电力系统的负荷频率控制带来了严峻挑战。电池储能系统响应速度快，控制灵活精确的技术特点使之成为新型的电力系统辅助调频方式，并且随着储能电池技术的飞速发展，利用规模化储能参与电网调频得到实际的应用。对于电池储能在电力调频方向上的应用发展来说，一味的去增加储能容量、扩大装机容量的解决方式显然会使电网建设投资的成本急剧提升，也会降低新能源的利用率，造成资源浪费。因此需要研究合理高效的控制方法，以最大化储能在调频中的利用率。PID控制是最经典有效的控制方法之一，但其存在参数整定困难、适应能力差等缺点，很难适应复杂电力系统环境的需要。针对上述不足，自适应参数PID方法被广泛研究和应用，其一般采用遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)和模糊推理等智能算法对其参数进行动态整定。但在应用于工作状态波动范围大、随机扰动大、不确定因素多、非线性严重的新能源电力系统调频控制时，控制效果往往不尽令人满意。由于新能源电力系统和电池储能系统都是典型的多变量、强耦合、非线性系统，不容易进行精确的数学建模，通过常规方法进行储能调频控制器设计的可行性与有效性大大降低。
技术实现思路
本专利技术提供一种光火储混合发电系统的负荷频率协调优化控制方法，通过优化后的模型预测控制算法和对系统约束的处理，实现了各机组的协调优化控制。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种光火储混合发电系统的负荷频率协调优化控制方法，所述方法具体包括如下步骤：S1、建立光火储混合发电系统负荷频率控制模型，通过机理分析得到光火储混合发电系统负荷频率控制模型的连续时间状态空间模型；S2、设置光火储混合发电系统负荷频率控制模型的运行参数，包括：采样时间Ts，预测步长Np，控制步长Nc，输入输出加权矩阵Q及控制加权矩阵R，参考轨迹Yr，最大运行时间Tmax；S3、获取光火储混合发电系统负荷频率控制模型的初始信息值，包括负荷频率控制模型输出y(k-1)、状态量x(k-1)、控制信号u(k-1)和扰动信号w(k-1)；S4、建立光火储混合发电系统负荷频率控制模型的增量模型及输出预测模型；S5、以预测误差及控制增量构建光火储混合发电系统负荷频率控制模型的优化目标函数，其中，预测误差为输出预测模型输出的预测值与设定预测值的差值，控制增量为增量控制模型输出的控制增量；S6、将光火储混合发电系统中的非线性约束问题转化成线性矩阵不等式，线性矩阵不等式联合优化目标函数转化成一个标准QP问题；S7、求解所述QP问题，得到Nc个步长的最优控制增量ΔUopt(k)，ΔUopt(k)乘以矩阵得到第一个步长的最优控制增量Δuopt(k)；S8、将控制信号u(k)传送给光火储混合发电系统，以抑制系统频率波动；同时，监测系统的输出y(k)，状态变化量Δx(k)，扰动变化量Δw(k)，并进行上传，其中u(k)＝Δuopt(k)+u(k-1)；S9、判断输出y(k)是否为零；若检测结果为是，则光火储混合发电系统频率稳定，完成发电系统负荷频率控制，若检测结果为否，则执行S3，直至达到最大运行时间Tmax。进一步的，增量模型的建立方法具体如下：S41、读取设置的采样时间值，将连续时间状态空间模型离散化，获取离散化的状态空间模型；S42、在离散化的空间状态模型中引入算子Δ，算子Δ表示当前时刻与上一时刻的差值，进而得到增量模型。进一步的，优化目标函数的表达式为：其中，H表示海森矩阵，Q为输出加权矩阵、R为控制加权矩阵，ΔU(k)表示k时刻的控制增量，E(k)为轨迹误差。进一步的，步骤S6中的线性矩阵不等式表示如下：s.t.AqpΔU≤bqp其中，Aqp＝[MbΦx,-MbΦx,MgΦx,-MgΦx,MtΦx,-MtΦx]T其中，σbmin,σbmax分别为电池储能系统的出力下限和上限；σgmin,σgmax分别为调速器阀位的下限和上限；μtmin,μtmax分别为发电机GRC速率的下限和上限；Γx表示状态预测模型中状态增量Δx的系数矩阵，Φx表示状态预测模型中控制增量Δu的系数矩阵，Υx表示状态预测模型中扰动变化量Δw的系数矩阵，Ωx表示单位系数矩阵，单位系数矩阵Ωx乘以前一时刻输出y(k-1)等于前一时刻的输出矩阵；Mb、Mg、Mt分别为定义的电池储能功率变化量，调速器气门开度变化量，汽轮机发电速率的系数矩阵；ΔU表示Nc个步长的最优控制增量矩阵；Zbmin、Zbmax分别表示电池储能功率限制上限矩阵、电池储能功率限制下限矩阵；Zgmin、Zgmax分别表示调速器阀位限制上限矩阵、调速器阀位限制下限矩阵；Ztmin、Ztmax表示发电速率约束上限矩阵、发电速率约束下限矩阵。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术针对随着电网中可再生能源渗透率不断提高，传统调频机组已难以解决日益突出的频率波动问题。电池储能接入电力系统时可作为调频电源，为传统机组提供支撑，辅助电力系统调频，抑制系统频率波动。2、将系统模型转化成增量模型，以此建立系统预测模型，从而可以减小甚至消除系统静态误差，使得算法结果更准确。3、利用MPC技术处理系统中存在的GRC、阀位限制和储能出力限制等非线性因素，将其转化为线性矩阵不等式，与所设计目标函数相配合，形成一个标准的QP问题。在有限时域内滚动优化求解，得到系统的最优控制信号作用于系统。通过约束处理，可以有效避免设备因超负荷工作带来的安全隐患。4、本专利技术所提协调优化控制策略不仅能有效改善光火储混合发电系统的频率响应特性，协调优化机组出力，而且能有效抑制大规模光伏渗透引起的频率波动，实现发电系统安全稳定运行。附图说明图1为本专利技术实施例提供的光火储混合发电系统负荷频率协调优化算法结构图；图2为本专利技术实施例提供的光火储混合发电系统负荷频率控制传递函数框图模型；图3为本专利技术实施例提供的光火储混合发电系统负荷频率控制流程图。具体实施方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。MPC(modelpredictivecontrol，模型预测控制)是一种广泛应用于工业过程控制领域中的先进计算机控制算法，它能够有效处理复杂多变量系统，保持控制系统的平稳运行。本专利技术在MP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光火储混合发电系统的负荷频率协调优化控制方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：/nS1、建立光火储混合发电系统负荷频率控制模型，通过机理分析得到光火储混合发电系统负荷频率控制模型的连续时间状态空间模型；/nS2、设置光火储混合发电系统负荷频率控制模型的运行参数，包括：采样时间T

【技术特征摘要】
1.一种光火储混合发电系统的负荷频率协调优化控制方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
S1、建立光火储混合发电系统负荷频率控制模型，通过机理分析得到光火储混合发电系统负荷频率控制模型的连续时间状态空间模型；
S2、设置光火储混合发电系统负荷频率控制模型的运行参数，包括：采样时间Ts，预测步长Np，控制步长Nc，输入输出加权矩阵Q及控制加权矩阵R，参考轨迹Yr，最大运行时间Tmax；
S3、获取光火储混合发电系统负荷频率控制模型的初始信息值，包括负荷频率控制模型输出量y(k-1)、状态量x(k-1)、控制信号u(k-1)和扰动信号w(k-1)；
S4、建立光火储混合发电系统负荷频率控制模型的增量模型及输出预测模型；
S5、以预测误差及控制增量构建光火储混合发电系统负荷频率控制模型的优化目标函数，其中，预测误差为输出预测模型输出的预测值与设定预测值的差值，控制增量为增量控制模型输出的控制增量；
S6、将光火储混合发电系统中的非线性约束问题转化成线性矩阵不等式，线性矩阵不等式联合优化目标函数转化成一个标准QP问题；
S7、求解所述QP问题，得到Nc个步长的最优控制增量ΔUopt(k)，ΔUopt(k)乘以矩阵得到第一个步长的最优控制增量Δuopt(k)；
S8、将控制信号u(k)传送给光火储混合发电系统，以抑制系统频率波动；同时，监测系统的输出量y(k)，状态变化量Δx(k)，扰动变化量Δw(k)，并进行上传，其中u(k)＝Δuopt(k)+u(k-1)；
S9、判断输出量y(k)是否为零；若检测结果为是，则光火储混合发电系统频率稳定，完成发电系统负荷频率控制，若检测结果为否，则执行S3，直至达到最大运行时间Tmax。


2.如权利要求1所述光火储混合发电系统的负荷频率协调优化控制方法，其特征在于，增量模型的建立方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世林，樊国东，汪石农，娄柯，张艳，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34