[发明专利]一种含风力发电的两区域互联电网自动发电控制优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统自动控制技术领域，尤其涉及基于最优控制理论提出的最优动态反馈控制方法。

背景技术

现代电网已发展成为由多个领域组成的复杂互联电力系统。当某一区域突然发生有源电力干扰时，该区域会发生频率波动，并通过联络线迅速扩散到整个电网。特别是随着风力发电的快速发展和实际应用，其固有的随机性和波动会给电力系统频率的稳定性带来严峻的挑战。

作为电力系统频率控制的主要手段，自动发电控制(AGC)不仅需要保持系统频率和连接线路的功率尽可能接近预定的值，还需要满足互联电网对动态特性的要求。

目前，AGC仍然是基于传统比例积分方法。该方法的系统结构相对简单，易于实现，但其动态调节性能有明显的缺陷。大规模风力发电并入电网后，难以满足互联电网频率控制的要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种具有风力发电的两区域互联电网自动发电控制优化方法，

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含风力发电的两区域互联电网自动发电控制优化方法，包括：

(1)建立自动发电控制的空间状态模型，该模型为包括水电、小火电机组和风电的两区域互联系统；空间状态模型的状态变量X^T、控制变量U^T和输出变量Y^T如下所示：

X^T＝[ΔF₁ ΔP_G1 ΔP_R1 ΔX_GV1 ΔP_T1 ΔF₂ ΔP_G2 ΔP_R2 ΔX_GV2]

U^T＝[ΔP_C1 ΔP_C2]

Y^T＝[ACE₁ ACE₂]

其中，ΔF_i是频率偏差，

ΔP_Gi是电力生产变化，

ΔX_GVi是调节输出偏差，

ΔP_T1是联络功率变化，

ΔP_Ri是功率中间变化量，

ΔP_Ci是在变速器处的增量变化，

ACE_i是区域控制误差，

其中下标i代表不同区域；

互联系统的状态空间模型如下所示：

Y＝CX

其中，是状态变量修正值，X是状态变量，Y是输出变量，A是系统矩阵，B是控制矩阵，C是输出矩阵，它们都是实常数矩阵，具体取值由系统内部参数和结构配置决定；

(2)根据所建立的空间状态模型，构建一个新的成本函数J，即目标函数；该成本函数的表达式如下：

其中，Q₁是n*n维半正定权重矩阵，Q₂是r*r维正定权重矩阵，U是控制变量；

(3)用输出变量和输出反馈增益矩阵构成控制变量，以确定输入变量；

根据优化理论，控制变量U是用来减小成本函数的值，并且使相应的控制系统也可以获得较好的性能；用输出变量的线性组合构成控制变量U，公式如下：

U＝-KY

其中，K是输出反馈增益矩阵；在最优控制方案中，控制输入是由反馈产生的，并且由所有受控制的输出状态反馈常数根据最优准则确定，所以空间状态互联系统模型可以表示为:

是状态反馈增益矩阵；

进一步，成本函数可表示为如下形式：

其中，它是一个正定权重矩阵；

其中，C^T是输出矩阵的转置，K^T是输出反馈增益矩阵的转置，K是输出反馈增益矩阵；

(4)在闭环系统中构造李雅普诺夫函数，得出李雅普诺夫方程；李雅普诺夫函数如下所示：

V(X)＝X^TPX

其中P是实对称正定矩阵，改变该函数形式，可以得到：

因此可以得到李雅普诺夫方程如下：

根据李雅普诺夫方程，成本函数可以转换为：