[發明專利]一種基于模型預測控制的電力系統頻率和電壓協調校正方法及系統

有效

• 申請號: 201810461914.6
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108599198B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 許鵬飛;宋墩文;馬世英;湯偉;楊鋮;宋新立;楊學濤;胡曉飛;劉輝;李錚;杜三恩;陳勇;侯俊賢;劉道偉;仲悟之;馮靜;熊選文
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國網安徽省電力有限公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 北京工信聯合知識產權代理有限公司 11266
• 代理人: 胡秋立

本發明提供了一種基于模型預測控制的電力系統頻率和電壓協調校正方法，包括：步驟1，根據電力系統當前預測周期的初始時刻的系統運行數據預測當前預測周期的系統基準響應軌跡，并利用數值法和直接法計算軌跡靈敏度；步驟2，根據軌跡靈敏度、控制集、期望軌跡和簡化后的約束條件確定頻率和電壓協調優化模型；步驟3，求解頻率和電壓協調優化模型確定控制量，并在下一預測周期的初始時刻投入所述控制量；步驟4，判斷電力系統的電壓和頻率是否恢復到穩態運行水平；若已恢復，則結束；反之，返回步驟1。本發明提高了優化的效率并降低無解的可能性，對頻率和電壓進行閉環協調控制，提高了電力系統調度運行人員頻率和電壓穩定分析和決策的能力。

技術領域

本發明涉及電力系統技術領域，并且更具體地，涉及一種基于模型預測控制的電力系統頻率和電壓協調校正方法及系統。

背景技術

單一直流來電或多回特高壓直流失去后，大功率缺額易引發持續頻率穩定問題。交流系統發生短路故障，可能導致多回直流同時/連續換相失敗，直流從系統中吸收大量無功，電壓恢復緩慢，從而引發電壓安全問題。受端電網在直流換相失敗、連鎖性故障作用下，可能同時引發頻率和電壓問題。強直弱交、饋入直流總容量占負荷比例加大。受端電網華東電網在直流發生雙極閉鎖后可能會引發頻率下降，同時直流對華東網內常規電源的置換導致電網動態無功裕度下降，華東電網存在明顯的電壓凹陷區。新的直流投產后可能導致華東電網頻率和電壓問題更加突出。頻率和電壓的協調控制切實可行且效果顯著，但是現在研究大多集中在低頻和低壓減載的協調，對于電壓和頻率集中式的協調控制，尤其是利用模型預測控制的中長期頻率和電壓調校正幾乎是空白。

因此，需要一種對電壓和頻率進行協調校正控制的方法，以解決如何保證電力系統的中長期電壓和頻率穩定的問題。

發明內容

本發明提出了一種基于模型預測控制的電力系統頻率和電壓協調校正方法及系統，以解決如何保證電力系統的中長期電壓和頻率穩定的問題。

為了解決上述問題，根據本發明的一個方面，提供了一種基于模型預測控制的電力系統頻率和電壓協調校正方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1，根據電力系統當前預測周期的初始時刻的系統運行數據預測當前預測周期的系統基準響應軌跡，并根據所述系統基準響應軌跡利用數值法和直接法計算軌跡靈敏度，其中，所述系統運行數據包括：系統潮流數據以及發電機、勵磁、調速和直流動態模型數據；

步驟2，在故障發生時，根據預設的控制集選擇策略確定控制集，設置期望軌跡并對約束條件進行簡化，根據所述軌跡靈敏度、控制集、期望軌跡和簡化后的約束條件確定頻率和電壓協調優化模型；

步驟3，求解所述頻率和電壓協調優化模型確定控制量，并在下一預測周期的初始時刻投入所述控制量；

步驟4，判斷電力系統的電壓和頻率是否恢復到穩態運行水平；其中，若電力系統的電壓和頻率恢復到了穩態運行水平，則結束；若電力系統的電壓和頻率未恢復到穩態運行水平，則返回步驟1，直至電力系統的電壓和頻率恢復到穩態運行水平。

優選地，其中所述根據所述系統基準響應軌跡利用數值法和直接法計算軌跡靈敏度，包括：

根據所述系統基準響應軌跡利用數值法計算軌跡靈敏度，包括：

其中，f和g分別代表狀態方程和代數方程；x代表系統中相對于系統頻率變化較慢的狀態變量，包括慣性中心頻率、發電機轉速、發電機角度以及勵磁、調速和直流的動態變量等，y代表代數變量，包括節點電壓的實部和虛步以及勵磁、調速和直流的代數變量等，p代表系統中的可變參數，如節點負荷；h為積分步長，x_p和y_p分別為狀態變量和代數變量相對于參數p的軌跡靈敏度；

判斷是否因為電力系統鄰近穩定邊界而導致數值法計算發散，若確定數值法計算發散，則根據所述系統基準響應軌跡利用直接法計算軌跡靈敏度；反之，結束。