一种风火储联合二次调频方法技术

本发明专利技术公开了一种风火储联合二次调频方法，该方法考虑火电机组、风电场站和储能电站建模方法的不一致性，二次调频通信延迟不确定性等因素，以风电机组、火电机组和储能电站为调控对象，基于延迟边际对系统通信延迟进行描述，以区域电网满足一定的系统鲁棒性能指标为控制目标，基于鲁棒H∞控制为基本控制器设计方法，对区域电网的二次频率控制进行设计；本发明专利技术针对新能源并网后的区域电网频率问题设置鲁棒性能指标，可有效增强系统频率的鲁棒性能，降低大规模光伏并网和负荷不确定性波动带来的调频问题，保证电网频率的安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种风火储联合二次调频方法
本专利技术涉及一种风火储联合二次调频方法,属于电网频率控制

技术介绍
描述与本专利技术最接近的现有技术的状况和存在的问题。传统电力系统二次调频是指发电机组提供足够的可调整容量及一定的调节速率，在允许的调节偏差下实时跟踪频率，以满足系统频率稳定的要求。二次调频可以做到频率的无差调节，且能够对联络线功率进行监视和调整。随着能源技术的不断发展，新能源、储能等资源接入电网的比例逐渐升高，其输送到电网的大量有功功率引起的频率的变化，需要通过有效控制利用新能源改善电网调频现状。针对新能源参与调频，目前主要以单一的场站级控制为主，以电网自动发电控制和本地频率信号为基础，通过场站本地传统经典控制理论进行控制设计，实现功率分配、减小频率偏差、提升电网惯性、提升电网安全稳定运行能力等效果。但面对大量井喷式的新能源场站和储能接入电网中，传统电网的频率控制运行面临着各类更加复杂的问题，目前的二次调频方案一般只考虑利用专用通信线路传输信号，没有充分考虑随着电力市场化不断推进，大量新能源场站和储能等调频资源在二次调频中存在不可避免的通信延迟问题，其参与电网二次调频不利于整体电网的频率平稳运行。
技术实现思路
技术问题：针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的问题是风火储联合二次调频中存在风电场受风速影响、负荷波动频繁、通信延迟等多类不确定性因素，并通过鲁棒控制理论有效降低电网频率波动偏差，保证电网频率的平稳运行。技术方案：本专利技术提出的考虑电压越限风险的交直流配电网优化运行方法，主要包括以下步骤：一种考虑不确定性延迟的风火储联合二次调频控制方法,包括以下步骤:S1建立含风电场站、火电机组、储能电站等区域电网的调频模型；S2基于直接法计算整体系统延迟边际；S3基于延迟边际值和线性矩阵不等式方法设计风火储联合调频的控制增益参数。作为本专利技术的一种优选方案，所述的建立含风电场站、火电机组、储能电站等区域电网调频的模型步骤如下：1)风电场站模型采用变速风电机组参与系统频率调节，简化模型表述如下：式中，s表示微分算子，Δwri表示区域i风机转子转速变化量，Δqi表示区域i风机桨距角变化量，ΔuWi表示区域i风电场站控制信号，ΔPci为区域i系统控制信号，αWi为区域i风电场站功率信号分配系数，Ngi为区域i风机齿轮箱比率，Jri和Jgi为区域i风机转子和发电机的惯性系数，且有Jti＝Jri+Ngi2Jgi；式中，Δwfi表示区域i风机发电机转速变化量；式中，Tri表示区域i风机电磁转矩，Tgi表示区域i风机机械转矩，Kpi和Kii表示区域i风机PI控制器比例和积分系数，Kci表示修正系数；2)火电机组模型，包含调速器模型：式中，ΔPgi为区域i火电机组调速器调节阀位置变化量，Tgi为区域i火电机组调速器时间常数，ΔuGi为火电机组控制信号，αGi为区域i火电机组功率信号分配系数，Rgi为区域i火电机组下垂系数；涡轮机模型：式中，ΔPmi为区域火电机组输出功率变化量，Tgi为区域i火电机组涡轮机时间常数；3)储能电站模型将储能电站中的传递函数等效为一阶惯性环节如下：式中：PBESSi为区域i储能电站输出有功功率变化量，TBESS表示储能电站响应时间常数，ΔuBi为区域i储能电站控制信号，αBi为储能电站功率信号分配系数；储能电池的荷电状态反映电池的运行状态与调控能力，采用安时积分法估计储能单元的SOC，计算公式为：式中：PBESSi为区域i储能电站输出有功功率，单位为kW；Ecap，i为区域i储能电站额定容量，单位为kWh，h为储能电站的功率损耗系数；4)联络线模型ΔACEi＝βiΔfi+ΔPtie,i式中，ΔACEi为区域控制误差，ΔPtie,i为联络线功率，βi为频率偏差因子，Tij为区域i和区域j互联增益，d为通信延迟时间；5)区域电网频率响应模型旋转惯性和负荷模型：式中，M为区域i惯性系数，D为区域i阻尼系数，ΔPdi为区域i负荷变化量。作为本专利技术的一种优选方案，确定区域电网的控制目标函数及实际物理约束步骤如下：将包含风电场站、火电机组、储能电站等多类调控资源的区域电网频率控制模型表示为状态空间方程形式如下：x(t)＝Ax(t)+Adx(t-τ)+Bu(t)+Bωω(t)式中，x(t)、x(t-ti)为系统整体状态向量，u(t)为系统整体控制向量，ω(t)为系统整体扰动向量，A为整体系统矩阵，Ad为整体系统延迟状态的参数矩阵，B为整体控制矩阵，Bω为整体扰动矩阵；x(t)＝[x1(t)x2(t)…xn(t)]Tu(t)＝[u1(t)u2(t)…un(t)]Tω(t)＝[ω1(t)ω2(t)…ωn(t)]TB＝[B1B2…Bn]TBω＝[Bω1Bω2…Bωn]T式中，xi(t)为区域i系统状态向量，ui(t)为区域i系统控制向量，ωi(t)为区域i系统扰动向量，Aii为区域i系统矩阵，Aij为区域i和区域j系统互联参数矩阵，Bi为整体控制矩阵，Bωi为整体扰动矩阵；向量包含具体量如下：xi(t)＝[ΔωriΔωfiΔθiΔPmiΔPgiΔPBESSiΔSOCiΔfi∫ΔACEiΔPtie,i]Tui(t)＝[ΔuWiΔuGiΔuBi]Tωi(t)＝[ΔPdiΔvmi]T则整体系统的特征方程如下：从动力学系统的一般稳定性理论可知，特征方程的所有根都必须位于复平面的左半部，才能使系统渐近稳定；由于指数型超越项，这些特征方程可能有无穷多个根；然而，对于稳定性评估，不需要所有根源的知识；当特征多项式在虚轴上有根，求延迟边际值τ*就足够了；以两区互联电力系统为例：Δ(-s,τ)＝a0(-s)+a1(-s)eτs+a2(-s)e2τs＝0定义一个新的特性方程：Δ(1)(s,τ)＝a0(-s)Δ(s,τ)-a2(s)e-2τsΔ(-s,τ)Δ(1)(s,τ)＝[a0(-s)a0(s)-a2(s)a2(-s)]+[a0(-s)a1(s)-a2(s)a1(-s)]e-τs则有s＝jwc为下式新特征方程的根：式中，建立新的特征方程：将s＝jwc代入上式并令其等于零，有则系统延迟边际为作为本专利技术的一种优选方案，基于线性矩阵不等式方法设计风火储联合调频的控制求解控制参数，其步骤如下：考虑系统控制输出和初始条件，将系统模型表示成如下形式式中，z(t)为控制输出向量，C为状态输出矩阵，Dω为扰动输出矩阵，D为控制输出矩阵，Cd为延迟状态输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑不确定性延迟的风火储联合二次调频控制方法,其特征在于，包括以下步骤:/nS1建立含风电场站、火电机组、储能电站等区域电网的调频模型；/nS2基于直接法计算整体系统延迟边际；/nS3基于延迟边际值和线性矩阵不等式方法设计风火储联合调频的控制增益参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑不确定性延迟的风火储联合二次调频控制方法,其特征在于，包括以下步骤:
S1建立含风电场站、火电机组、储能电站等区域电网的调频模型；
S2基于直接法计算整体系统延迟边际；
S3基于延迟边际值和线性矩阵不等式方法设计风火储联合调频的控制增益参数。


2.根据权利要求1所述的一种风火储联合二次调频方法，其特征在于:所述的建立含风电场站、火电机组、储能电站等区域电网调频的模型步骤如下：
1)风电场站模型
采用变速风电机组参与系统频率调节，简化模型表述如下：



式中，s表示微分算子，Δwri表示区域i风机转子转速变化量，Δqi表示区域i风机桨距角变化量，ΔuWi表示区域i风电场站控制信号，ΔPci为区域i系统控制信号，αWi为区域i风电场站功率信号分配系数，Ngi为区域i风机齿轮箱比率，Jri和Jgi为区域i风机转子和发电机的惯性系数，且有Jti＝Jri+Ngi2Jgi；



式中，Δwfi表示区域i风机发电机转速变化量；



式中，Tri表示区域i风机电磁转矩，Tgi表示区域i风机机械转矩，Kpi和Kii表示区域i风机PI控制器比例和积分系数，Kci表示修正系数；
2)火电机组模型，包含
调速器模型：



式中，ΔPgi为区域i火电机组调速器调节阀位置变化量，Tgi为区域i火电机组调速器时间常数，ΔuGi为火电机组控制信号，αGi为区域i火电机组功率信号分配系数，Rgi为区域i火电机组下垂系数；
涡轮机模型：



式中，ΔPmi为区域火电机组输出功率变化量，Tgi为区域i火电机组涡轮机时间常数；
3)储能电站模型
将储能电站中的传递函数等效为一阶惯性环节如下：



式中：PBESSi为区域i储能电站输出有功功率变化量，TBESS表示储能电站响应时间常数，ΔuBi为区域i储能电站控制信号，αBi为储能电站功率信号分配系数；
储能电池的荷电状态反映电池的运行状态与调控能力，采用安时积分法估计储能单元的SOC，计算公式为：



式中：PBESSi为区域i储能电站输出有功功率，单位为kW；Ecap，i为区域i储能电站额定容量，单位为kWh，h为储能电站的功率损耗系数；
4)联络线模型



ΔACEi＝βiΔfi+ΔPtie,i



式中，ΔACEi为区域控制误差，ΔPtie,i为联络线功率，βi为频率偏差因子，Tij为区域i和区域j互联增益，d为通信延迟时间；
5)区域电网频率响应模型
旋转惯性和负荷模型：



式中，M为区域i惯性系数，D为区域i阻尼系数，ΔPdi为区域i负荷变化量。


3.根据权利要求1所述的一种风火储联合二次调频方法，其特征在于:确定区域电网的控制目标函数及实际物理约束步骤如下：
将包含风电场站、火电机组、储能电站等多类调控资源的区域电网频率控制模型表示为状态空间方程形式如下：
x(t)＝Ax(t)+Adx(t-τ)+Bu(t)+Bωω(t)
式中，x(t)、x(t-ti)为系统整体状态向量，u(t)为系统整体控制向量，ω(t)为系统整体扰动向量，A为整体系统矩阵，Ad为整体系统延迟状态的参数矩阵，B为整体控制矩阵，Bω为整体扰动矩阵；
x(t)＝[x1(t)x2(t)…xn(t)]T
u(t)＝[u1(t)u2(t)…un(t)]T
ω(t)＝[ω1(t)ω2(t)…ωn(t)]T



B＝[B1B2…Bn]T
Bω＝[B...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦晓波，吕永青，龙寰，胡秦然，吴在军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32