[發明專利]一種基于模型預測控制的儲能參與電網一次調頻控制方法

在審

• 申請號: 202110554459.6
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113098032A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 朱振山;葉成濤;溫步瀛;吳詩雨;陳哲盛;翁智敏;鄭海林
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 張燈燦;蔡學俊

1.一種基于模型預測控制的儲能參與電網一次調頻控制方法，其特征在于，以電網調頻死區為界，在兼顧電網的調頻需求與儲能SOC恢復需求的基礎上，通過模型預測控制來確定不同頻率區間內儲能的出力目標與出力深度，從而確定相應區間內的模型預測控制輸出加權矩陣。

2.根據權利要求1所述的一種基于模型預測控制的儲能參與電網一次調頻控制方法，其特征在于，以含儲能電池的區域電網調頻動態模型為研究對象，得到其狀態方程為：

y＝Cx

其中，x、u、y分別表示狀態變量、控制變量和輸出變量，其中：

x^T＝[ΔP_b ΔP_g ΔP_r ΔX_g Δf ΔP_L SOC]

u＝Δu

y^T＝[Δf SOC]

相應的三個矩陣為：

在進行進一步的滾動優化之前，將連續時間模型轉化為離散時間模型：

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)

y(k)＝Cx(k)

其中，

其中T_S為系統采樣時間。

3.根據權利要求2所述的一種基于模型預測控制的儲能參與電網一次調頻控制方法，其特征在于，所述離散時間模型用于預測系統起始于k時刻的未來一段時間內的頻率偏差和儲能的SOC變化情況；選取各采樣時刻的預測輸出y(k)和參考軌跡r(k)的偏差作為模型預測問題的控制目標，得到其目標函數為：

式中y(k+i|k)為在k時刻對系統輸出在未來k+i時刻的預測，其中i∈(0,H_p)；r(k+i|k)為在k時刻對系統輸出在未來k+i時刻的參考值；Q為輸出加權矩陣；u_min、u_max、y_min、y_max分別為控制變量和輸出變量的上下限；H_p為預測時域，H_u為控制時域，并且滿足H_p≥H_u；

將目標函數寫為：

其中，

由所述離散時間模型推導得到Y(k)、U(k)的關系為：

Y(k)＝Fx(k)+GU(k)

其中，

因此，得到目標函數為：

J(k)＝U^THU+2f^TU+J_q

其中，

H＝G^TQG；f＝G^TQ^T(Fx-R)；J_q＝(Fx-R)^TQ(Fx-R)。

4.根據權利要求3所述的一種基于模型預測控制的儲能參與電網一次調頻控制方法，其特征在于，通過二次規劃來求解目標函數的最小化；通過目標函數在有限時間段內的最優化來確定未來一段時間的儲能電池的最優控制變量矩陣U(k)，再將控制變量矩陣中的第一個控制量u(k|k)作用于儲能電池；在下一采樣時刻，優化時段向后推移，重復整個過程。

5.根據權利要求4所述的一種基于模型預測控制的儲能參與電網一次調頻控制方法，其特征在于，以電網調頻死區為界，將其頻率工況分為不同的區間；在每個區間上結合儲能電池的SOC恢復需求和電網的調頻需求，來確定儲能電池的出力目標和出力深度，以最大化儲能參與調頻的作用。

6.根據權利要求5所述的一種基于模型預測控制的儲能參與電網一次調頻控制方法，其特征在于，當電網頻率處于調頻死區之內時，即|Δf|≤0.033，儲能電池不參與電網一次調頻；在保證系統頻率不會跌出死區的前提下，儲能電池以SOC自恢復為目標；

因此，設置死區內模型預測控制的加權矩陣Q為：

Q＝diag(0，1)

當電網頻率處于調頻死區之外時，即|Δf|≥0.033，儲能電池以參與電網一次調頻，縮小頻率偏差為目標；

因此，設置死區外模型預測控制的加權矩陣Q為：

Q＝diag(1，0)。