[發(fā)明專利]光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)的負荷頻率協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法

有效

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• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111224434B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設計）人: 劉世林;樊國東;汪石農(nóng);婁柯;張艷
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽工程大學
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/38;H02J3/32;H02J3/24
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34107
• 代理人: 鐘雪

本發(fā)明公開了一種光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)的負荷頻率協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法，通過機理分析獲得光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)的頻率響應狀態(tài)空間模型，經(jīng)離散化處理后轉(zhuǎn)化為增量模型，進而建立系統(tǒng)的增量預測模型；分析系統(tǒng)中存在的約束，將其轉(zhuǎn)化為線性矩陣不等式；最后利用模型預測誤差和控制增量構(gòu)造了綜合指標函數(shù)，對控制量進行在線滾動優(yōu)化，設計出協(xié)調(diào)優(yōu)化控制器作用于系統(tǒng)，從而實現(xiàn)光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)的負荷頻率協(xié)調(diào)優(yōu)化控制效果。解決了光伏高滲透率引起的系統(tǒng)頻率波動問題，通過協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)儲能、傳統(tǒng)火電機組與光伏發(fā)電機組輸出功率的協(xié)調(diào)配合，改善系統(tǒng)的頻率響應性能，并且解決系統(tǒng)中存在的非線性約束問題，避免設備因超負荷工作而造成安全隱患。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)負荷頻率控制技術(shù)領域，更具體地，本發(fā)明涉及一種光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)的負荷頻率協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法。

背景技術(shù)

太陽能作為綠色無污染的可再生能源成為各國研究的重點，并逐漸推廣應用于發(fā)電，實現(xiàn)了經(jīng)濟環(huán)保的目的。但受制于環(huán)境和自身物理特性，其輸出功率具有很強的隨機波動性，并且新能源滲透率不斷提高，使得傳統(tǒng)電源的調(diào)頻能力逐漸弱化，以致調(diào)頻容量不足，給新能源電力系統(tǒng)的負荷頻率控制帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。電池儲能系統(tǒng)響應速度快，控制靈活精確的技術(shù)特點使之成為新型的電力系統(tǒng)輔助調(diào)頻方式，并且隨著儲能電池技術(shù)的飛速發(fā)展，利用規(guī)模化儲能參與電網(wǎng)調(diào)頻得到實際的應用。對于電池儲能在電力調(diào)頻方向上的應用發(fā)展來說，一味的去增加儲能容量、擴大裝機容量的解決方式顯然會使電網(wǎng)建設投資的成本急劇提升，也會降低新能源的利用率，造成資源浪費。因此需要研究合理高效的控制方法，以最大化儲能在調(diào)頻中的利用率。

PID控制是最經(jīng)典有效的控制方法之一，但其存在參數(shù)整定困難、適應能力差等缺點，很難適應復雜電力系統(tǒng)環(huán)境的需要。針對上述不足，自適應參數(shù)PID方法被廣泛研究和應用，其一般采用遺傳算法(GA)、粒子群算法(PSO)和模糊推理等智能算法對其參數(shù)進行動態(tài)整定。但在應用于工作狀態(tài)波動范圍大、隨機擾動大、不確定因素多、非線性嚴重的新能源電力系統(tǒng)調(diào)頻控制時，控制效果往往不盡令人滿意。

由于新能源電力系統(tǒng)和電池儲能系統(tǒng)都是典型的多變量、強耦合、非線性系統(tǒng)，不容易進行精確的數(shù)學建模，通過常規(guī)方法進行儲能調(diào)頻控制器設計的可行性與有效性大大降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)的負荷頻率協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法，通過優(yōu)化后的模型預測控制算法和對系統(tǒng)約束的處理，實現(xiàn)了各機組的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)的負荷頻率協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法，所述方法具體包括如下步驟：

S1、建立光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)負荷頻率控制模型，通過機理分析得到光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)負荷頻率控制模型的連續(xù)時間狀態(tài)空間模型；

S2、設置光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)負荷頻率控制模型的運行參數(shù)，包括：采樣時間T_s，預測步長N_p，控制步長N_c，輸入輸出加權(quán)矩陣Q及控制加權(quán)矩陣R，參考軌跡Y_r，最大運行時間T_max；

S3、獲取光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)負荷頻率控制模型的初始信息值，包括負荷頻率控制模型輸出y(k-1)、狀態(tài)量x(k-1)、控制信號u(k-1)和擾動信號w(k-1)；

S4、建立光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)負荷頻率控制模型的增量模型及輸出預測模型；

S5、以預測誤差及控制增量構(gòu)建光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)負荷頻率控制模型的優(yōu)化目標函數(shù)，其中，預測誤差為輸出預測模型輸出的預測值與設定預測值的差值，控制增量為增量控制模型輸出的控制增量；

S6、將光火儲混合發(fā)電系統(tǒng)中的非線性約束問題轉(zhuǎn)化成線性矩陣不等式，線性矩陣不等式聯(lián)合優(yōu)化目標函數(shù)轉(zhuǎn)化成一個標準QP問題；