[发明专利]一种含抽水蓄能电站的区域负荷频率分数阶PID优化控制方法

说明书

本发明公开了一种含抽水蓄能电站的区域负荷频率分数阶PID优化控制方法，首先，基于IEEE标准搭建了含抽水蓄能电站的两区域负荷频率控制模型；其次，设计了分数阶PID控制器，并采用PSO算法对分数阶PID控制器参数进行了优化；最后，在基于IEEE标准搭建的含抽水蓄能电站的两区域负荷频率控制模型上进行仿真验证，仿真结果表明，经过PSO算法优化的分数阶PID控制器，在区域负荷频率控制中表现出更强的鲁棒性和稳定性，对于抽水蓄能电站参与的负荷频率控制，能够缩短频率恢复时间，提高系统的动态性能。

技术领域

本发明属于电力技术领域，具体来说，涉及一种含抽水蓄能电站的区域负荷频率分数 阶PID优化控制方法。

背景技术

抽水蓄能作为成熟的储能技术，具有容量大、经济性好、环保清洁等优势，通过抽水 蓄能电站，可充分发挥传统机组的调频潜力，提高常规机组的调频性能，有效解决新能源 规模化并网带来的电网频率波动问题，具有重大意义。

为提高电网的动态性能近年来，国内外学者对两区域模型中的控制器展开了大量的研 究。目前常用的控制器为比例-积分-微分(PID)控制器，具有结构简单、设计方便、运行 可靠性高等特点，被广泛使用于实际的工业控制。孟祥萍等人结合滑膜控制和PI控制的优 势，提出了用于多区域互联电力系统的负荷频率控制方法，同时发挥了基于新区域控制偏 差的比例积分控制和滑模控制的优点。上海交通大学某研究室建立了抽水蓄能电站发电工 况和抽水工况的两区域控制模型，设计了基于非线性的负荷频率控制模型模糊逻辑控制器， 并采用传统PI控制器和模糊逻辑控制器对非线性的负荷频率控制模型进行了仿真研究。

由于分数阶理论通过引入额外的参数，扩大了系统的动态调节范围，具有更好的调控 能力。在两区域负荷频率控制模型中对分数阶PID控制器和传统的PID控制器的鲁棒性进 行了分析和比较，并在多区域互联模型中证明了分数阶PID(Fractional Order PID，FOPID) 控制器具备更强的鲁棒性。将分数阶PID控制器运用到两区域抽水蓄能电站的仿真分析中， 通过间接近似算法，实现了分数阶微分算子的近似，并与传统PID控制器进行比较，结果 表明分数阶PID控制器具有更好控制效果。

然而，PID控制和分数阶PID控制主要根据经验设置参数，一方面无法客观的比较两 种控制器在实际情况下的控制差异，另一方面，通过经验参数得到的仿真结果，难以客观 验证仿真结果的差异是控制器自身的优势还是因为参数设置不足导致的缺陷，容易限制控 制器的控制性能。所以，通过参数优化提高控制器的控制性能成为了目前的研究热点。利 用自适应粒子群优化算法整定分数阶PID控制参数，应用于典型非线性系统中，采用PSO (Particle Swarm Optimization，PSO)算法对自抗扰控制器中的关键参数进行优化，并在 含抽水蓄能两区域互联电网模型中进行了仿真验证，研究表明，通过PSO算法的迭代优化， 能更好地发挥抽水蓄能电站的调频作用。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种含抽水蓄能电站的区域负荷频率 分数阶PID优化控制方法，采用该控制方法在区域负荷频率控制中表现出更强的鲁棒性和 稳定性，对于抽水蓄能电站参与的负荷频率控制，能够缩短频率恢复时间，提高系统的动 态性能。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种含抽水蓄能电站的区域负荷频 率分数阶PID优化控制方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：搭建基于IEEE标准的含抽水蓄能电站的两区域负荷频率控制模型；

步骤S2：建立分数阶PID控制器模型；

步骤S3：采用粒子群算法PSO，设置适应度函数，对分数阶PID控制器模型的参数进行优化；

步骤S4：将步骤S3中优化后的分数阶PID控制器模型加入步骤S1中搭建的两区域负荷频率控制模型中，在发电和抽水工况下分别仿真验证频率调节效果。