分布式模型預(yù)測(cè)控制在新能源電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、負(fù)荷頻率控制（Load Frequency Control，LFC）旨在發(fā)電量實(shí)時(shí)自動(dòng)跟蹤電力系統(tǒng)負(fù)荷的變化，維持發(fā)電功率和負(fù)載功率的平衡，使電力系統(tǒng)頻率保持為規(guī)定值，是保證電能質(zhì)量的重要手段。隨著世界能源戰(zhàn)略格局的變化，規(guī)模化的風(fēng)電場(chǎng)逐步投入運(yùn)行，由于風(fēng)電具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和間歇性，規(guī)?；娘L(fēng)電場(chǎng)給互聯(lián)電力系統(tǒng)有功平衡帶來(lái)較大的影響，需準(zhǔn)確掌握規(guī)?；L(fēng)電并入互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC后電力系統(tǒng)的頻率特征，進(jìn)而研究負(fù)荷頻率控制方案與措施，以適應(yīng)傳

2、統(tǒng)電力系統(tǒng)LFC向規(guī)?；L(fēng)電場(chǎng)介入后的現(xiàn)代互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC的轉(zhuǎn)變。
　　本文在深入分析規(guī)?；L(fēng)電場(chǎng)介入后的多區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特征的基礎(chǔ)上，采用分布式模型預(yù)測(cè)控制理論分析與數(shù)值仿真結(jié)合的方法，對(duì)含規(guī)?；L(fēng)電場(chǎng)的多區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率控制問(wèn)題開(kāi)展深入研究。本文的創(chuàng)新性研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)單臺(tái)風(fēng)機(jī)容量和風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量較小情況下，提出規(guī)?；L(fēng)電場(chǎng)與常規(guī)機(jī)組在同一區(qū)域的互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC結(jié)構(gòu)，風(fēng)電機(jī)組根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速通過(guò)

3、調(diào)節(jié)槳距角實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能輸出，風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量作為常規(guī)機(jī)組的補(bǔ)充，跟蹤負(fù)荷變化由常規(guī)機(jī)組來(lái)實(shí)現(xiàn)。綜合槳距角控制系統(tǒng)模型、風(fēng)力機(jī)模型和變速恒頻發(fā)電機(jī)模型，建立由風(fēng)電場(chǎng)、常規(guī)機(jī)組構(gòu)成的互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC分布式數(shù)學(xué)模型。
　　(2)單臺(tái)風(fēng)機(jī)容量和風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量較大情況下，提出風(fēng)電場(chǎng)處于單獨(dú)區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC結(jié)構(gòu)，與常規(guī)機(jī)組共同跟蹤負(fù)荷變化，保持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。構(gòu)建了含規(guī)?；L(fēng)電場(chǎng)互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC分布式數(shù)學(xué)模型。
　　(3)研究不

4、同風(fēng)電介入互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC結(jié)構(gòu)下不同的控制策略，提出控制器設(shè)計(jì)方法。針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)與常規(guī)機(jī)組處于同一區(qū)域的互聯(lián)電力系統(tǒng)，提出分布式模型預(yù)測(cè)控制（Distributed Model Predictive Control，DMPC），并考慮發(fā)電機(jī)變化速率約束(Generation Rate Constraints，GRCs)和閥門(mén)位置約束。以四區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)為例，系統(tǒng)外界負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，DMPC控制器與集中模型預(yù)測(cè)控制算法相比，DMPC在頻

5、率恢復(fù)速度和穩(wěn)定性顯示出良好的優(yōu)越性能的同時(shí)，計(jì)算負(fù)擔(dān)小，運(yùn)算速度快也是一大優(yōu)勢(shì)。
　　(4)針對(duì)規(guī)模化風(fēng)電場(chǎng)單獨(dú)區(qū)域的互聯(lián)電力系統(tǒng)，提出協(xié)同DMPC控制算法。研究不同風(fēng)速條件下各個(gè)區(qū)域的控制目標(biāo)，設(shè)計(jì)不同目標(biāo)函數(shù)。同時(shí)，要求常規(guī)機(jī)組滿(mǎn)足GRC和閥門(mén)位置約束，風(fēng)電機(jī)組還需滿(mǎn)足風(fēng)速約束。以四區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)為例，協(xié)同DMPC控制策略能有效地協(xié)調(diào)風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)機(jī)組之間出力，控制性能良好，能有效控制系統(tǒng)頻率波動(dòng)在允許范圍之內(nèi)。
　

6、　(5)研究由于系統(tǒng)運(yùn)行工況變化帶來(lái)系統(tǒng)模型參數(shù)發(fā)生變化和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化引起的頻率波動(dòng)問(wèn)題，分別以傳統(tǒng)互聯(lián)電力系統(tǒng)和含規(guī)?；L(fēng)電場(chǎng)的互聯(lián)電力系統(tǒng)為平臺(tái)，構(gòu)建魯棒分布式模型預(yù)測(cè)控制(Robust Distributed Model PredictiveControl，RDMPC)算法。RDMPC將優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化成‘min-max’問(wèn)題，等效成求解上限問(wèn)題，利用線性矩陣不等式進(jìn)行迭代求解得到最優(yōu)控制率。所有控制區(qū)域控制量最終能夠?qū)崿F(xiàn)納什平衡且接