[发明专利]基于惯性下垂和动态矩阵分段控制的储能调频控制方法

权利要求书

1.基于惯性下垂和动态矩阵分段控制的储能调频控制方法，其特征在于，步骤如下：

S1：根据不同工况设定频率偏差上下限值，确定频率偏差死区范围，确定储能动作时刻；

S2：当系统发生大量的有功功率缺额，频率偏差越过死区域范围时，储能开始出力；

S3：第一阶段惯性和下垂控制联合控制：

在步骤S3中包括：

S31：在扰动起始时刻t₀，为防止频率快速下滑，满足暂态频率偏差峰值Δf_p的控制要求，以t₀时刻作为储能电池参与调频初始时刻，选用惯性和下垂联合控制模式；

S32：在最大频率偏差对应时刻将控制模式从惯性和下垂联合控制切换为下垂控制模式，当频率偏差达到稳态时刻t_ss，此时调频为有差调频，下垂控制模式准备切换为动态矩阵控制；

S4：第二阶段动态矩阵控制：

利用动态矩阵控制策略控制储能出力，给定有功功率输出值，使储能出力跟踪指令信号，使频率偏差进一步减小，最后达到稳定状态；

S41：建立电池储能系统数学模型，获取阶跃响应系数采样值，得到被控对象的动态矩阵；

S42：建立电池储能系统输出预测模型；

S43：构建电池储能系统反馈校正模型，采用时间序列方法，修正未来时刻输出功率预测模型，最后得到k时刻的初始值；

S44：构建电池储能系统滚动优化目标函数，采用二次型性能指标作为目标函数，给出控制输入量和输出量的幅值约束，最后将控制器作用控制对象，从而达到防止储能电池过充过放的同时，起到电力系统无差调频的目的。

2.根据权利要求1所述的基于惯性下垂和动态矩阵分段控制的储能调频控制方法，其特征在于：步骤1所述频率偏差死区范围不固定，可根据不同工况下的不同要求设置。

3.根据权利要求1所述的基于惯性下垂和动态矩阵分段控制的储能调频控制方法，其特征在于，在步骤4中，具体步骤为：在步骤S4中具体包括：

S41：建立电池储能系统数学模型并获取阶跃响应系数的模型

汽轮机模型的传递函数为：

调速器模型的传递函数为：

发电机和负荷模型的传递函数为：

储能环节采用一阶惯性环节简化模型，传递函数为：

其中τ_T表示汽轮机时间常数；τ_g表示调速器时间常数；H表示发电机惯性常数；σ表示负荷调节效应系数；T_E表示储能响应系统变化时的时间延迟效应，s表示复域；

测定对象阶跃响应的采样值a＝[a₁,a₂,…,a_N]^T，并得到被控对象的动态矩阵A；

其中N表示采样时间，T表示转置矩阵的符号；

S42：建立电池储能系统预测模型

在当前和未来时刻控制作用发生变化时候，未来P个时刻的功率输出预测值为：

其中

Δu_M(k)＝[Δu(k|k) … Δu(k+M-1|k)]^T

A是单位阶跃响应系数a_i组成的P×M阵，称为动态矩阵；向量的前一个下标表示所预测的未来输出的个数，后一个下标则为控制量变化的此次数；表示未来P个时刻功率输出预测值，表示初始预测值，k+i|k表示k时刻对k+i时刻的预测，i＝1,2,…,P；Δu_M(k)＝[Δu(k|k) … Δu(k+M-1|k)]^T表示在每一个时刻k,该时刻起的M个控制增量；

S43：建立电池储能系统反馈校正模型

由于实际存在的模型失配、环境干扰等未知因素，功率预测输出值可能偏离实际值，因此建立反馈校正模型；首先检测到实际输出值y(k+1)，并把它与相比构成预测误差

采用时间序列方法，进一步得到修正后的未来输出预测模型为：

其中

其中，为校正后的输出预测向量；h为N维校正向量；

最后得到k时刻的初始值：

其中

为移位阵；

S44：建立电池储能系统滚动优化目标函数

滚动优化采用二次型性能指标作为目标函数，其数学表达式如下：

其中α，γ是权重系数；P_ref表示参考输入功率；P_act表示实际输出功率，即S43中得到的Δu(k)是控制增量。