分布式模型預測控制在新能源電力系統(tǒng)負荷頻率控制中的應用研究.pdf

1、負荷頻率控制（Load Frequency Control，LFC）旨在發(fā)電量實時自動跟蹤電力系統(tǒng)負荷的變化，維持發(fā)電功率和負載功率的平衡，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)模化的風電場逐步投入運行，由于風電具有較強的隨機性和間歇性，規(guī)?；娘L電場給互聯(lián)電力系統(tǒng)有功平衡帶來較大的影響，需準確掌握規(guī)?；L電并入互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC后電力系統(tǒng)的頻率特征，進而研究負荷頻率控制方案與措施，以適應傳

2、統(tǒng)電力系統(tǒng)LFC向規(guī)?；L電場介入后的現(xiàn)代互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC的轉變。
　　本文在深入分析規(guī)?；L電場介入后的多區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)動態(tài)特征的基礎上，采用分布式模型預測控制理論分析與數(shù)值仿真結合的方法，對含規(guī)?；L電場的多區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)負荷頻率控制問題開展深入研究。本文的創(chuàng)新性研究內容包括:
　　(1)單臺風機容量和風電場總裝機容量較小情況下，提出規(guī)?；L電場與常規(guī)機組在同一區(qū)域的互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC結構，風電機組根據(jù)當前風速通過

3、調節(jié)槳距角實現(xiàn)最大風能輸出，風電場的發(fā)電量作為常規(guī)機組的補充，跟蹤負荷變化由常規(guī)機組來實現(xiàn)。綜合槳距角控制系統(tǒng)模型、風力機模型和變速恒頻發(fā)電機模型，建立由風電場、常規(guī)機組構成的互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC分布式數(shù)學模型。
　　(2)單臺風機容量和風電場總裝機容量較大情況下，提出風電場處于單獨區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC結構，與常規(guī)機組共同跟蹤負荷變化，保持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。構建了含規(guī)?；L電場互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC分布式數(shù)學模型。
　　(3)研究不

4、同風電介入互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC結構下不同的控制策略，提出控制器設計方法。針對風電場與常規(guī)機組處于同一區(qū)域的互聯(lián)電力系統(tǒng)，提出分布式模型預測控制（Distributed Model Predictive Control，DMPC），并考慮發(fā)電機變化速率約束(Generation Rate Constraints，GRCs)和閥門位置約束。以四區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)為例，系統(tǒng)外界負荷發(fā)生變化時，DMPC控制器與集中模型預測控制算法相比，DMPC在頻

5、率恢復速度和穩(wěn)定性顯示出良好的優(yōu)越性能的同時，計算負擔小，運算速度快也是一大優(yōu)勢。
　　(4)針對規(guī)?；L電場單獨區(qū)域的互聯(lián)電力系統(tǒng)，提出協(xié)同DMPC控制算法。研究不同風速條件下各個區(qū)域的控制目標，設計不同目標函數(shù)。同時，要求常規(guī)機組滿足GRC和閥門位置約束，風電機組還需滿足風速約束。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)調風電機組與常規(guī)機組之間出力，控制性能良好，能有效控制系統(tǒng)頻率波動在允許范圍之內。
　

6、　(5)研究由于系統(tǒng)運行工況變化帶來系統(tǒng)模型參數(shù)發(fā)生變化和系統(tǒng)結構變化引起的頻率波動問題，分別以傳統(tǒng)互聯(lián)電力系統(tǒng)和含規(guī)模化風電場的互聯(lián)電力系統(tǒng)為平臺，構建魯棒分布式模型預測控制(Robust Distributed Model PredictiveControl，RDMPC)算法。RDMPC將優(yōu)化問題轉化成‘min-max’問題，等效成求解上限問題，利用線性矩陣不等式進行迭代求解得到最優(yōu)控制率。所有控制區(qū)域控制量最終能夠實現(xiàn)納什平衡且接