[发明专利]基于双层模型预测结构的多区域协同联合调频控制方法

说明书

本发明提供一种基于双层模型预测结构的多区域协同联合调频控制方法。该方法在在上层实现基于经济性模型预测控制的多约束条件下跨区域AGC机组稳态功率优化分配；在下层实现基于分布式模型预测控制的多区域AGC机组动态频率优化控制。在慢时间尺度(分钟级)上实现了考虑联络线断面安全约束的跨区域AGC机组的稳态功率优化分配，在短时间尺度(秒级)上实现了各区域AGC机组的动态频率优化控制。

技术领域

本发明涉及多区域互联电网的协同控制领域，具体是涉及一种基于双层模型预测结构的多区域协同联合调频控制方法，该方法可适用于高比例可再生能源渗透区域电网的联合调频控制系统设计。

背景技术

随着风电、光伏等可再生能源并网规模的逐渐扩大，其出力间歇性和随机波动性给送端电网的调峰调频带来了巨大的调控压力。究其主要原因：一是各互联区域系统按照联络线计划和直流输电计划进行分区控制，每个区域系统只能调控本区域系统的资源，制约了可再生能源的消纳能力；二是未能将多区域互联系统作为一个整体，协调优化跨区域的AGC机组与可再生能源出力。因此，如何充分利用跨区域交直流联络线输送能力，实现跨区域、多时间尺度调控来逐级消纳可再生能源已成为急需解决的问题。

目前，有关各区域AGC机组按联络线频率偏差控制模式实时平衡本地功率扰动的控制手段很多，例如，基于智能优化技术的PID控制技术，基于博弈理论的优化控制技术等，但是这种控制模式在可再生能源渗透区域容易出现调频容量不充足，难以维持系统的频率稳定。通过多区域的合作，互联电网可以消纳更多的可再生能源，这是因为可再生能源在将随机波动性在不同的地理区域分布平滑，同时多个互联区域之间可以共享调频备用容量。现在的基于区域误差控制的协同控制技术仅实现了对关键断面的省网两级协同控制，忽略了多区域协同的经济性；而基于多区域AGC联合调频模型实现分布式最优频率控制，完全脱离了现有的AGC机组分层分区的控制结构特点。

模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)是一类先进的控制技术，它通过多步模型预测、滚动优化、反馈校正等控制策略，使其能更好地追踪到控制对象的动态响应曲线，能处理多变量约束优化控制难题，具有较好的鲁棒性。随着模型预测控制理论的不断发展，模型预测控制器已从经典的单层控制结构发展为分层控制结构。采用单层控制结构的模型预测控制器主要分为：集中式模型预测控制、分散式模型预测控制、分布式模型预测控制；分层式模型预测控制由上下层之间的控制器进行分层递阶的协调控制，兼具了单层式控制结构的特性和分层式结构的灵活多变性。因此，鉴于多区域AGC机组的分层分区控制结构特点，无论是集中式模型预测控制还是分散式模型预测控制，都存在一定的缺陷，无法适用于适用于高比例可再生能源渗透区域电网的联合调频控制系统设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种基于双层模型预测结构的多区域协同联合调频控制方法。该方法在在上层实现基于经济性模型预测控制的多约束条件下跨区域AGC机组稳态功率优化分配；在下层实现基于分布式模型预测控制的多区域AGC机组动态频率优化控制。在慢时间尺度(分钟级)上实现了考虑联络线断面安全约束的跨区域AGC机组的稳态功率优化分配，在短时间尺度(秒级)上实现了各区域AGC机组的动态频率优化控制。

解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案：

一种基于双层模型预测结构的多区域协同联合调频控制方法，其特征在于：模型下层是把整个多区域AGC系统按地理区域分解成若干个各自独立但又耦合的子系统，基于分布式MPC控制实现子系统的动态频率优化控制；模型上层综合多区域AGC机组经济性能，实现全局的经济性的AGC机组稳态功率优化分配，具体步骤包括：

1)建立稳态优化层经济性MPC控制的离散状态空间模型；

2)形成稳态优化层经济性MPC控制目标函数；

3)求解稳态优化层经济性MPC控制目标函数；

4)建立动态优化层分布式MPC控制的离散状态空间模型；