[發明專利]一種含抽水蓄能電站的區域負荷頻率分數階PID優化控制方法

在審

• 申請號: 202110358946.5
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113093523A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 駱釗;高培淇;王菁慧;林錚;劉可真;沈賦;耿家璐;代瑩皓
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 昆明潤勤同創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 53205
• 代理人: 付石健

本發明公開了一種含抽水蓄能電站的區域負荷頻率分數階PID優化控制方法，首先，基于IEEE標準搭建了含抽水蓄能電站的兩區域負荷頻率控制模型；其次，設計了分數階PID控制器，并采用PSO算法對分數階PID控制器參數進行了優化；最后，在基于IEEE標準搭建的含抽水蓄能電站的兩區域負荷頻率控制模型上進行仿真驗證，仿真結果表明，經過PSO算法優化的分數階PID控制器，在區域負荷頻率控制中表現出更強的魯棒性和穩定性，對于抽水蓄能電站參與的負荷頻率控制，能夠縮短頻率恢復時間，提高系統的動態性能。

技術領域

本發明屬于電力技術領域，具體來說，涉及一種含抽水蓄能電站的區域負荷頻率分數 階PID優化控制方法。

背景技術

抽水蓄能作為成熟的儲能技術，具有容量大、經濟性好、環保清潔等優勢，通過抽水 蓄能電站，可充分發揮傳統機組的調頻潛力，提高常規機組的調頻性能，有效解決新能源 規模化并網帶來的電網頻率波動問題，具有重大意義。

為提高電網的動態性能近年來，國內外學者對兩區域模型中的控制器展開了大量的研 究。目前常用的控制器為比例-積分-微分(PID)控制器，具有結構簡單、設計方便、運行 可靠性高等特點，被廣泛使用于實際的工業控制。孟祥萍等人結合滑膜控制和PI控制的優 勢，提出了用于多區域互聯電力系統的負荷頻率控制方法，同時發揮了基于新區域控制偏 差的比例積分控制和滑模控制的優點。上海交通大學某研究室建立了抽水蓄能電站發電工 況和抽水工況的兩區域控制模型，設計了基于非線性的負荷頻率控制模型模糊邏輯控制器， 并采用傳統PI控制器和模糊邏輯控制器對非線性的負荷頻率控制模型進行了仿真研究。

由于分數階理論通過引入額外的參數，擴大了系統的動態調節范圍，具有更好的調控 能力。在兩區域負荷頻率控制模型中對分數階PID控制器和傳統的PID控制器的魯棒性進 行了分析和比較，并在多區域互聯模型中證明了分數階PID(Fractional Order PID，FOPID) 控制器具備更強的魯棒性。將分數階PID控制器運用到兩區域抽水蓄能電站的仿真分析中， 通過間接近似算法，實現了分數階微分算子的近似，并與傳統PID控制器進行比較，結果 表明分數階PID控制器具有更好控制效果。

然而，PID控制和分數階PID控制主要根據經驗設置參數，一方面無法客觀的比較兩 種控制器在實際情況下的控制差異，另一方面，通過經驗參數得到的仿真結果，難以客觀 驗證仿真結果的差異是控制器自身的優勢還是因為參數設置不足導致的缺陷，容易限制控 制器的控制性能。所以，通過參數優化提高控制器的控制性能成為了目前的研究熱點。利 用自適應粒子群優化算法整定分數階PID控制參數，應用于典型非線性系統中，采用PSO (Particle Swarm Optimization，PSO)算法對自抗擾控制器中的關鍵參數進行優化，并在 含抽水蓄能兩區域互聯電網模型中進行了仿真驗證，研究表明，通過PSO算法的迭代優化， 能更好地發揮抽水蓄能電站的調頻作用。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種含抽水蓄能電站的區域負荷頻率 分數階PID優化控制方法，采用該控制方法在區域負荷頻率控制中表現出更強的魯棒性和 穩定性，對于抽水蓄能電站參與的負荷頻率控制，能夠縮短頻率恢復時間，提高系統的動 態性能。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供了一種含抽水蓄能電站的區域負荷頻 率分數階PID優化控制方法，具體包括以下步驟：

步驟S1：搭建基于IEEE標準的含抽水蓄能電站的兩區域負荷頻率控制模型；

步驟S2：建立分數階PID控制器模型；

步驟S3：采用粒子群算法PSO，設置適應度函數，對分數階PID控制器模型的參數進行優化；

步驟S4：將步驟S3中優化后的分數階PID控制器模型加入步驟S1中搭建的兩區域負荷頻率控制模型中，在發電和抽水工況下分別仿真驗證頻率調節效果。