[發明專利]基于慣性下垂和動態矩陣分段控制的儲能調頻控制方法

在審

• 申請號: 201911384978.1
• 申請日: 2019-12-28
• 公開（公告）號: CN111064205A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 高慧敏;張巍巍;陳健琳;羅平;汪義旺
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/32
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

1.基于慣性下垂和動態矩陣分段控制的儲能調頻控制方法，其特征在于，步驟如下：

S1：根據不同工況設定頻率偏差上下限值，確定頻率偏差死區范圍，確定儲能動作時刻；

S2：當系統發生大量的有功功率缺額，頻率偏差越過死區域范圍時，儲能開始出力；

S3：第一階段慣性和下垂控制聯合控制：

在步驟S3中包括：

S31：在擾動起始時刻t₀，為防止頻率快速下滑，滿足暫態頻率偏差峰值Δf_p的控制要求，以t₀時刻作為儲能電池參與調頻初始時刻，選用慣性和下垂聯合控制模式；

S32：在最大頻率偏差對應時刻將控制模式從慣性和下垂聯合控制切換為下垂控制模式，當頻率偏差達到穩態時刻t_ss，此時調頻為有差調頻，下垂控制模式準備切換為動態矩陣控制；

S4：第二階段動態矩陣控制：

利用動態矩陣控制策略控制儲能出力，給定有功功率輸出值，使儲能出力跟蹤指令信號，使頻率偏差進一步減小，最后達到穩定狀態；

S41：建立電池儲能系統數學模型，獲取階躍響應系數采樣值，得到被控對象的動態矩陣；

S42：建立電池儲能系統輸出預測模型；

S43：構建電池儲能系統反饋校正模型，采用時間序列方法，修正未來時刻輸出功率預測模型，最后得到k時刻的初始值；

S44：構建電池儲能系統滾動優化目標函數，采用二次型性能指標作為目標函數，給出控制輸入量和輸出量的幅值約束，最后將控制器作用控制對象，從而達到防止儲能電池過充過放的同時，起到電力系統無差調頻的目的。

2.根據權利要求1所述的基于慣性下垂和動態矩陣分段控制的儲能調頻控制方法，其特征在于：步驟1所述頻率偏差死區范圍不固定，可根據不同工況下的不同要求設置。

3.根據權利要求1所述的基于慣性下垂和動態矩陣分段控制的儲能調頻控制方法，其特征在于，在步驟4中，具體步驟為：在步驟S4中具體包括：

S41：建立電池儲能系統數學模型并獲取階躍響應系數的模型

汽輪機模型的傳遞函數為：

調速器模型的傳遞函數為：

發電機和負荷模型的傳遞函數為：

儲能環節采用一階慣性環節簡化模型，傳遞函數為：

其中τ_T表示汽輪機時間常數；τ_g表示調速器時間常數；H表示發電機慣性常數；σ表示負荷調節效應系數；T_E表示儲能響應系統變化時的時間延遲效應，s表示復域；

測定對象階躍響應的采樣值a＝[a₁,a₂,…,a_N]^T，并得到被控對象的動態矩陣A；

其中N表示采樣時間，T表示轉置矩陣的符號；

S42：建立電池儲能系統預測模型

在當前和未來時刻控制作用發生變化時候，未來P個時刻的功率輸出預測值為：

其中

Δu_M(k)＝[Δu(k|k) … Δu(k+M-1|k)]^T

A是單位階躍響應系數a_i組成的P×M陣，稱為動態矩陣；向量的前一個下標表示所預測的未來輸出的個數，后一個下標則為控制量變化的此次數；表示未來P個時刻功率輸出預測值，表示初始預測值，k+i|k表示k時刻對k+i時刻的預測，i＝1,2,…,P；Δu_M(k)＝[Δu(k|k) … Δu(k+M-1|k)]^T表示在每一個時刻k,該時刻起的M個控制增量；

S43：建立電池儲能系統反饋校正模型

由于實際存在的模型失配、環境干擾等未知因素，功率預測輸出值可能偏離實際值，因此建立反饋校正模型；首先檢測到實際輸出值y(k+1)，并把它與相比構成預測誤差

采用時間序列方法，進一步得到修正后的未來輸出預測模型為：

其中

其中，為校正后的輸出預測向量；h為N維校正向量；

最后得到k時刻的初始值：

其中

為移位陣；

S44：建立電池儲能系統滾動優化目標函數

滾動優化采用二次型性能指標作為目標函數，其數學表達式如下：

其中α，γ是權重系數；P_ref表示參考輸入功率；P_act表示實際輸出功率，即S43中得到的Δu(k)是控制增量。