[發明專利]一種基于模型預測含電動汽車的電力系統頻率控制策略

有效

• 申請號: 202210902422.2
• 申請日: 2022-07-29
• 公開（公告）號: CN115001054B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 戴劍豐;魏聰;周霞;湯奕;錢俊良;周吉
• 申請（專利權）人: 東南大學溧陽研究院
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/32;H02J3/24;B60L50/60;G05B13/04
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 景鵬飛

1.一種基于模型預測含電動汽車的電力系統頻率控制策略，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：充分利用電動汽車負荷可時移特性，將規模化電動汽車作為靈活的調節資源，添加到傳統的負荷頻率控制模型中，設計基于電動汽車多級集中管理結構的電力系統控制框架；

步驟二：建立電動汽車參與電網一次調頻的系統頻率響應模型，并建立含電動汽車的系統狀態空間動態模型；

步驟三：設計基于MPC的聚合電動汽車控制器，并提出基于MPC的電力系統頻率控制策略；

步驟四：求解優化模型，基于求解結果對電網一次調頻過程進行優化；

步驟一所設計的基于電動汽車多級集中管理結構的電力系統控制框架，包括發電機模塊、電動汽車模塊和調度中心，其中調度中心在發電機和聚合電動汽車之間分配容量；所述電動汽車多級集中管理結構中所考慮的聚合EV的管理結構由電動汽車控制器、電動汽車聚合器、電動汽車單元組成；電動汽車聚合器用于聚合某個地區的電動汽車單元，以提供頻率調節服務；各電動汽車聚合器將測量的功率信息提交至位于電網調度中心的控制器，兩者之間的信息傳輸由遠程終端單元執行；當電力系統頻率波動超過可接受限值時，電動汽車控制器根據已獲得的電動汽車單元的頻率儲備潛力，通過與中央負荷頻率控制器協調，向電動汽車聚合器發送頻率響應信號；

步驟二中，建立含電動汽車的系統狀態空間動態模型的具體流程為：

電力系統的狀態空間動態頻率模型用下式表示：

（1）

其中，x(t)∈Rn是狀態向量，u(t)是聚合EV的控制向量，y(t)是系統輸出向量，w(t)是干擾向量，定義

其中，?P₁作為輔助變量，導出系統的線性狀態空間模型；接著將系統矩陣A、控制矩陣B、輸出矩陣C和干擾矩陣F描述為，

通過將公式（1）離散化，得到線性離散系統的狀態空間模型如下：

（2）

其中，T為采樣周期；

T_g和T_t分別為調速器與渦輪機的時間常數，ΔP_g表示調速器位置的變化，ΔP_e和ΔP_t分別為電動汽車聚合器和渦輪機的總輸出功率變化，ΔP_d為負荷變化引起的功率失配，α₁和α₂分別作為頻率偏差對主控制器和電動汽車控制器的分配系數，H、D、K、R分別為等效慣性時間常數、系統阻尼系數、負荷頻率控制器積分增益、電力系統的調速系數。

2.根據權利要求1所述的一種基于模型預測含電動汽車的電力系統頻率控制策略，其特征在于，步驟三中，設計基于MPC的聚合電動汽車控制器的具體流程為：

定義預測范圍N_p和控制范圍N_c，且N_c≤ N_P；基于離散化公式，在時間k處推導出以下預測模型：

（3）

其中，

根據上述公式，通過以下預測方程計算系統的未來輸出：

（4）

其中，

將頻率偏差的參考值設置為零，對以下目標優化問題求最小控制成本來計算控制信號：

（5）

其中q_i和r_i是正對角加權矩陣，目標函數最小化預測范圍內的頻率偏差以及控制范圍內的控制成本改寫為矩陣形式：

（6）

其中，

通過對上式求解，得最優控制序列為：

（7）。

3.根據權利要求2所述的一種基于模型預測含電動汽車的電力系統頻率控制策略，其特征在于，步驟三所提出的基于MPC的電力系統頻率控制策略為：

步驟3-1、建立包括A、B、C、F在內的狀態空間動態模型；

步驟3-2、求解MPC優化模型；

步驟3-3、判斷執行控制信號時是否存在通信延遲，若無延遲則跳至步驟3-4；

步驟3-4、將最優控制序列的第一個控制信號發送至控制器。