一种用于电网调频调压的最优负荷控制器设计方法技术

本发明专利技术公开了一种用于电网调频调压的最优负荷控制器设计方法，应用于负荷控制技术领域，包括：依据不同系统节点的频率电压状态方程，建立电力系统网络动态模型；建立控制过程中对系统用户综合负效应最小的最优负荷控制目标，并在满足转化条件的情况下，转化为对偶问题的最大化，得出电力系统网络动态模型为对偶问题最大化的求解算法；基于转化条件和电力系统网络动态模型设计负荷控制器。本发明专利技术不仅缓解了传统同步发电机的调节压力，提升了功率扰动下系统的频率、电压响应水平，还实现了最小化调节过程中对系统和用户的综合负效应。小化调节过程中对系统和用户的综合负效应。小化调节过程中对系统和用户的综合负效应。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电网调频调压的最优负荷控制器设计方法


[0001]本专利技术涉及负荷控制
，特别涉及一种用于电网调频调压的最优负荷控制器设计方法。

技术介绍

[0002]近年来，可再生能源渗透率不断增加，由于其发电间歇性和用户电力需求难以预测性等原因，现代电力系统中功率不平衡事件频发，带来了一系列频率、电压稳定性问题。
[0003]一次控制是电力系统进行频率电压调节的一种常用方法。为应对系统中的功率扰动事件，通常由发电侧的传统同步发电机来实现一次控制。一次控制能够重新平衡功率，并且使系统的频率和电压稳定在新的平衡点。但是，由于发电机调速器的机械限制，它们的调节速度相对较慢。此外，这种方式经济性差，环境不友好。
[0004]为此，如何提供一种环境友好性强，能够缓解传统同步发电机的调节压力，提升功率扰动下系统的频率、电压响应水平，且能够使得控制过程中对系统用户综合负效应最小的用于电网调频调压的最优负荷控制器设计方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种用于电网调频调压的最优负荷控制器设计方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种用于电网调频调压的最优负荷控制器设计方法，包括：
[0008]S1：依据不同系统节点的频率电压状态方程，建立电力系统网络动态模型；
[0009]S2：建立控制过程中对系统用户综合负效应最小的最优负荷控制目标，并在满足转化条件的情况下，转化为对偶问题的最大化，得出电力系统网络动态模型为对偶问题最大化的求解算法；
[0010]S3：基于转化条件和电力系统网络动态模型设计负荷控制器。
[0011]可选的，S1中，电力系统网络动态模型，具体为：
[0012]当系统节点j属于发电机节点，摆动方程为：
[0013][0014]其中，G为发电机节点集合；H
j
为发电机惯性常数；ω
j
为频率偏差；为有功功率注入总量；p
j
为可控有功负荷量；ε为系统网络的边集；P
e
为与节点j关联支路e的有功潮流；D
j
为常系数；C
je
为输电网络的关联矩阵，具体如下：
[0015][0016]其中，i为与节点j相连的节点；
[0017]当系统节点j属于负荷节点，电压幅值动态方程为：
[0018][0019]其中，L为负荷节点集合；K
j
为电压相关系数；V
j
为电压偏差；为无功功率注入总量；q
j
为可控无功负荷量；Q
e
为与节点j关联支路e的无功潮流；D
jL
为常系数。
[0020]可选的，S2中，最优负荷控制目标，具体为：
[0021][0022][0023]其中，p
j
和分别为可控有功负荷量的下限和上限；q
j
和分别是可控无功负荷量的下限和上限；c
pj
(p
j
)和c
qj
(q
j
)分别为配置有功和无功可控负荷的费用函数，满足严格凸并分别在和上二次可微；为频率敏感型不可控有功负荷；为电压敏感型不可控无功负荷。
[0024]可选的，S2中，转化条件，具体为：
[0025]将最优负荷控制目标转化为对偶问题，如下：
[0026][0027]其中，v
j
和λ
j
为拉格朗日乘子，则有：
[0028][0029]其中，
[0030][0031][0032][0033][0034]式(7)为转化条件。
[0035]可选的，S2中，转化为对偶问题的最大化，具体为：
[0036][0037]利用梯度下降算法进行优化求解，v
j
和λ
j
的动态为：
[0038][0039][0040]其中，γ
j
＞0和κ
j
＞0为步长，定义：
[0041][0042]用ω
j
和V
j
代替变量v
j
和λ
j
，得到：
[0043][0044][0045]可选的，S3中，负荷控制器的设计，具体为：
[0046][0047][0048]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提出了一种用于电网调频调压的最优负荷控制器设计方法。通过建立由不同系统节点的频率电压状态方程构成的电力系统网络动态模型以及控制过程中对系统用户综合负效应最小的最优负荷控制目标，并在符合转化条件的情况下，将最优负荷控制目标转化为对偶问题的最大化，最终得到电力系统网络动态模型即为对偶问题的最大化的求解算法，基于转化条件以及电力系统网络动态模型设计的负荷控制器，不仅因使用户侧的可控负荷参与一次频率、电压控制，缓解了传统同步发电机的调节压力，提升了功率扰动下系统的频率、电压响应水平，还因基于转化条件以及符合转化条件的情况下，将控制过程中对系统用户综合负效应最小的最优负荷控制目标转化为对偶问题最大化的求解算法，即电力系统网络动态模型设计负荷控制器，实现了最小化调节过程中对系统和用户的综合负效应，相比传统方案，本专利技术在同时提供频率电压支撑以及考虑综合负效用上具有明显的优越性。
附图说明
[0049]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0050]图1为本专利技术的流程示意图。
[0051]图2为本专利技术的电力仿真系统示意图。
[0052]图3为本专利技术设计的最优负荷控制器示意图。
[0053]图4为仅采用传统方法和与本专利技术方法结合下的系统频率电压响应的实验结果对比示意图。
[0054]图5为本专利技术对系统和用户产生的综合负效应收敛过程示意图。
具体实施方式
[0055]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0056]实施例1：
[0057]本专利技术实施例1公开了一种用于电网调频调压的最优负荷控制器设计方法，如图1所示，包括：
[0058]S1：依据不同系统节点的频率电压状态方程，建立电力系统网络动态模型，具体为：
[0059]当系统节点j属于发电机节点，摆动方程为：
[0060][0061]其中，G为发电机节点集合；H
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电网调频调压的最优负荷控制器设计方法，其特征在于，包括：S1：依据不同系统节点的频率电压状态方程，建立电力系统网络动态模型；S2：建立控制过程中对系统用户综合负效应最小的最优负荷控制目标，并在满足转化条件的情况下，转化为对偶问题的最大化，得出所述电力系统网络动态模型为所述对偶问题最大化的求解算法；S3：基于所述转化条件和所述电力系统网络动态模型设计负荷控制器。2.根据权利要求1所述的一种用于电网调频调压的最优负荷控制器设计方法，其特征在于，S1中，所述电力系统网络动态模型，具体为：当系统节点j属于发电机节点，摆动方程为：其中，G为发电机节点集合；H
j
为发电机惯性常数；ω
j
为频率偏差；为有功功率注入总量；p
j
为可控有功负荷量；ε为系统网络的边集；P
e
为与节点j关联支路e的有功潮流；D
j
为常系数；C
je
为输电网络的关联矩阵，具体如下：其中，i为与节点j相连的节点；当系统节点j属于负荷节点，电压幅值动态方程为：其中，L为负荷节点集合；K
j
为电压相关系数；V
j
为电压偏差；为无功功率注入总量；q
j
为可控无功负荷量；Q
e
为与节点j关联支路e的无功潮流；D
jL
为常系数。3.根据权利要求1所述的一种用于电网调频调压的最优负荷控制器设计方法，其特征在于，S2中，所述最优负荷控制目标，具体为：在于，S2中，所述最...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雅新，齐冬莲，张建良，闫云凤，李真鸣，
申请(专利权)人：海南浙江大学研究院，
类型：发明
国别省市：