CN108919878A - 一种发电厂的功率协调控制系统 - Google Patents

一种发电厂的功率协调控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种发电厂的功率协调控制系统，采用预估控制器和预估增益自调度控制器结合的方式进行控制，该预估控制器由预置的风力发电机传递函数和常规互补发电厂的功率反馈控制回路传递函数进行控制，且预估增益自调度控制器用于通过预置的典型工况参考模型调节所述预估控制器的参数值，因此，本发明的预估控制器和预估增益自调度控制器能够依据风力发电机的风速、工况信号进行生成相应的控制指令，以叠加至负荷控制器的控制指令上，进而生成调节后的控制指令，发送至常规互补发电厂并实现对其的反馈控制。

Description

一种发电厂的功率协调控制系统
技术领域
本发明涉及发电厂功率控制技术领域，尤其涉及一种发电厂的功率协调控制系统。
背景技术
目前大部分发电的能源来自石化燃料，石化燃料的燃烧给人类赖以生存的环境带来严重的污染，风能、太阳能等可再生能源无污染且储量巨大，因此利用可再生能源来发电受到世界各国的普遍重视。
近年来，风力发电技术快速发展，但风力发电是间歇性的，大规模接入电网虽然可以改善目前并不合理的能源结构，但其波动性、间歇性、随机性和反调峰性等特征，会严重影响电网的稳定性。剧烈的功率波动还会导致系统有功功率不稳定，造成电网频率频繁变化，对工作频率范围不宽的设备造成严重损害
因此，大型风力发电场并入互联电网后，引起的电网功率波动已经成本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种发电厂的功率协调控制系统，用于解决大型风力发电场并入含有常规互补发电厂的互联电网后，引起电网功率波动的技术问题。
本发明提供了一种发电厂的功率协调控制系统，包括：负荷控制器、多个预估控制器、多个预估增益自调度控制器、第一加法器和第二加法器；
所述负荷控制器的一输入端用于获取综合发电指令，另一输入端用于获取风电场和常规互补发电厂的发电功率；
所述预估控制器与所述预估增益自调度控制器一一对应连接，每个所述预估增益自调度控制器的输出端与对应的所述预估控制器的参数控制端连接；
所述预估控制器由预置的风力发电机传递函数和常规互补发电厂的功率反馈控制回路传递函数进行控制，所述预估增益自调度控制器用于通过预置的典型工况参考模型调节所述预估控制器的参数值；
所述预估控制器的输入端用于获取对应的风力发电机的风速，所述预估增益自调度控制器的输入端用于获取对应的风力发电机的工况信号；
各个所述预估控制器的输出端均连接至所述第一加法器的输入端，所述第一加法器的输出端、所述负荷控制器的输出端均连接至所述第二加法器的输入端，所述第二加法器的输出端用于发送控制指令至常规互补发电厂。
优选地，所述预估控制器包括：串联的预估增益模块、第一超前/滞后模块、第一纯延时模块、第二超前/滞后模块、第三超前/滞后模块和第二纯延时模块。
优选地，所述预估增益模块、所述第一超前/滞后模块、所述第一纯延时模块、所述第二超前/滞后模块、所述第三超前/滞后模块和所述第二纯延时模块依次串联，所述预估增益模块的输出端连接至所述第一加法器的输入端，所述第二纯延时模块的输入端用于获取对应的风力发电机的风速。
优选地，所述预估增益自调度控制器包括：
预估增益参数自调度模块、第二超前参数自调度模块、第二滞后参数自调度模块、第三超前参数自调度模块、第三滞后参数自调度模块、以及第二纯延时参数自调度模块；
所述预估增益参数自调度模块与所述预估增益模块的参数控制端连接，所述第二超前参数自调度模块、所述第二滞后参数自调度模块与所述第二超前/滞后模块的参数控制端连接，所述第三超前参数自调度模块、所述第三滞后参数自调度模块与所述第三超前/滞后模块的参数控制端连接，所述第二纯延时参数自调度模块与所述第二纯延时模块的参数控制端连接。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供了一种发电厂的功率协调控制系统，采用预估控制器和预估增益自调度控制器结合的方式进行控制，该预估控制器由预置的风力发电机传递函数和常规互补发电厂的功率反馈控制回路传递函数进行控制，且预估增益自调度控制器用于通过预置的典型工况参考模型调节所述预估控制器的参数值，因此，本发明的预估控制器和预估增益自调度控制器能够依据风力发电机的风速、工况信号进行生成相应的控制指令，以叠加至负荷控制器的控制指令上，进而生成调节后的控制指令，发送至常规互补发电厂并实现对其的反馈控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种发电厂的功率协调控制系统的一个实施例的结构示意图；
图2为预估控制器与预估增益自调度控制器的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种发电厂的功率协调控制系统，用于解决大型风力发电场并入含有常规互补发电厂的互联电网后，引起电网功率波动的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供的一种发电厂的功率协调控制系统的一个实施例，包括：负荷控制器1、多个预估控制器2、多个预估增益自调度控制器3、第一加法器4和第二加法器5。
负荷控制器1的一输入端用于获取综合发电指令，另一输入端用于获取风电场和常规互补发电厂的发电功率。
预估控制器2与预估增益自调度控制器3一一对应连接，每个预估增益自调度控制器3的输出端与对应的预估控制器2的参数控制端连接。
预估控制器2由预置的风力发电机传递函数和常规互补发电厂的功率反馈控制回路传递函数进行控制，预估增益自调度控制器3用于通过预置的典型工况参考模型调节预估控制器2的参数值。
预估控制器2的输入端用于获取对应的风力发电机的风速，预估增益自调度控制器3的输入端用于获取对应的风力发电机的工况信号。
各个预估控制器2的输出端均连接至第一加法器4的输入端，第一加法器4的输出端、负荷控制器1的输出端均连接至第二加法器5的输入端，第二加法器5的输出端用于发送控制指令至常规互补发电厂(图1中以燃气蒸汽联合循环发电厂作为示例，即CCPP)。
在本实施例中，负荷控制器1的其中一个输入端可以接受来自电网系统的综合发电指令SP，另一个输入端可以接受风电厂和常规互补发电厂二者总的发电功率，由于风电机组的接入会影响电网功率的稳定性，因此本发明通过预估控制器2和预估增益自调度控制器3依据风电厂中的各台风电机组的风速和工况信号生成控制指令，进而实现对常规互补发电厂的调节控制。
可以理解的是，各个预估控制器2在生成各自的控制指令后，在第一加法器4处进行加法计算得到预估控制的综合控制指令，然后在第二加法器5处将综合控制指令与负荷控制器1输出的功率控制指令进行加权求和，得到最终的总控制指令，再输出至常规互补发电厂处实现功率控制。
可选的，预估控制器2包括：串联的预估增益模块201、第一超前/滞后模块202、第一纯延时模块203、第二超前/滞后模块204、第三超前/滞后模块205和第二纯延时模块206。
需要说明的是，在预估控制器2中各个模块的串联顺序可以为多种方式，作为优选方案，本发明实施例中各个模块的串联方式为：预估增益模块201、第一超前/滞后模块202、第一纯延时模块203、第二超前/滞后模块204、第三超前/滞后模块205和第二纯延时模块206依次串联，预估增益模块201的输出端连接至第一加法器4的输入端，第二纯延时模块206的输入端用于获取对应的风力发电机的风速。
可以理解的是，当典型工况下各风力发电机的参考模型为二阶模型时，第i台风力发电机的传递函数为：
第i台风力发电机传递函数的输入为该风力发电机的风速，该风力发电机传递函数的输出为因风速而引起的发电功率变化量。
进一步将该第i台风力发电机传递函数分解为如下几部分：
PFi4(s)＝KFi (1d)
其中，bFi为第i台风力发电机传递函数的第二超前参数，aFi1为第i台风力发电机传递函数的第二滞后参数，aFi2为第i台风力发电机传递函数的第三滞后参数，LFi为第i台风力发电机传递函数的第二纯延时参数，KFi为第i台风力发电机传递函数的增益参数。
可以理解的是，功率控制回路传递函数的输入为发电功率，控制回路传递函数的输出为功率控制指令的变化量，功率控制回路传递函数的设定值为调度与区域电网送来的综合发电指令。
对于本发明提供的功率控制系统，常规互补发电厂的功率反馈控制回路可以简化成一阶模型，其参考模型传递函数为：
同样将其分解为如下几部分：
PC3(s)＝KC (2c)
其中，aC为功率控制回路传递函数的第一滞后参数，LC为功率控制回路传递函数的第一纯延时参数，KC为功率控制回路传递函数的增益参数。
请参阅图1和图2，预估控制器2根据上述预置的风力发电机参考模型传递函数以及功率控制回路参考模型传递函数建立预估控制参考模型时，其中，(1c)式对应的参考模型由第二纯延时模块206来实现，(1b)式对应的参考模型由第三超前/滞后模块205来实现，(1a)式对应的参考模型由第二超前/滞后模块204实现，(2b)式对应的参考模型由第一纯延时模块203来实现，(2a)式对应的参考模型由第一超前/滞后模块202来实现，(1d)与(2c)式对应的参考模型由预估增益模块201来实现。
当然，具体采用几阶模型根据实际情况而定，本发明对此并不限定。
可选的，请参阅图2，预估增益自调度控制器3包括：
预估增益参数自调度模块301、第二超前参数自调度模块302、第二滞后参数自调度模块303、第三超前参数自调度模块304、第三滞后参数自调度模块305、以及第二纯延时参数自调度模块306。
预估增益参数自调度模块301与预估增益模块201的参数控制端连接，第二超前参数自调度模块302、第二滞后参数自调度模块303与第二超前/滞后模块204的参数控制端连接，第三超前参数自调度模块304、第三滞后参数自调度模块305与第三超前/滞后模块205的参数控制端连接，第二纯延时参数自调度模块306与第二纯延时模块206的参数控制端连接。
其中，上述预估增益自调度控制器是依据当前风力发电机组的运行工况偏离预先辨识到各典型工况的程度，采用智能推理规则(例如Takagi-Sugeno-Kang型智能推理方法)推算出当前工况下参考模型的各项控制参数。
以二阶模型为例，若当前工况处于两个相邻典型工况参考模型之间(且包括处于该相邻典型工况参考模型内的情况)时，假设上述相邻典型工况参考模型分别为工况参考模型k及工况参考模型k-1，当前工况参考模型下预估增益自调度控制器依据如下关系式获得预估控制器2的各项参数：
其中，分别为KFi、bFi、aFi1、aFi2、LFi在风速k条件下的值；分别为KFi、bFi、aFi1、aFi2、LFi在风速k-1条件下的值，由于预先辨识得到的典型风速下参考模型的参数值已知，故上述均为已知值；为模糊算子。
另外，本发明中的常规互补发电厂除了燃气蒸汽联合循环发电厂外，还可以是储能发电系统、柴油发电机组、水电厂、常规火电厂等中的任一种。
本发明提供了一种发电厂的功率协调控制系统，采用预估控制器和预估增益自调度控制器结合的方式进行控制，该预估控制器由预置的风力发电机传递函数和常规互补发电厂的功率反馈控制回路传递函数进行控制，且预估增益自调度控制器用于通过预置的典型工况参考模型调节所述预估控制器的参数值，因此，本发明的预估控制器和预估增益自调度控制器能够依据风力发电机的风速、工况信号进行生成相应的控制指令，以叠加至负荷控制器的控制指令上，进而生成调节后的控制指令，发送至常规互补发电厂并实现对其的反馈控制。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种发电厂的功率协调控制系统，其特征在于，包括：负荷控制器、多个预估控制器、多个预估增益自调度控制器、第一加法器和第二加法器；
所述负荷控制器的一输入端用于获取综合发电指令，另一输入端用于获取风电场和常规互补发电厂的发电功率；
所述预估控制器与所述预估增益自调度控制器一一对应连接，每个所述预估增益自调度控制器的输出端与对应的所述预估控制器的参数控制端连接；
所述预估控制器由预置的风力发电机传递函数和常规互补发电厂的功率反馈控制回路传递函数进行控制，所述预估增益自调度控制器用于通过预置的典型工况参考模型调节所述预估控制器的参数值；
所述预估控制器的输入端用于获取对应的风力发电机的风速，所述预估增益自调度控制器的输入端用于获取对应的风力发电机的工况信号；
各个所述预估控制器的输出端均连接至所述第一加法器的输入端，所述第一加法器的输出端、所述负荷控制器的输出端均连接至所述第二加法器的输入端，所述第二加法器的输出端用于发送控制指令至常规互补发电厂。
2.根据权利要求1所述的发电厂的功率协调控制系统，其特征在于，所述预估控制器包括：串联的预估增益模块、第一超前/滞后模块、第一纯延时模块、第二超前/滞后模块、第三超前/滞后模块和第二纯延时模块。
3.根据权利要求2所述的发电厂的功率协调控制系统，其特征在于，所述预估增益模块、所述第一超前/滞后模块、所述第一纯延时模块、所述第二超前/滞后模块、所述第三超前/滞后模块和所述第二纯延时模块依次串联，所述预估增益模块的输出端连接至所述第一加法器的输入端，所述第二纯延时模块的输入端用于获取对应的风力发电机的风速。
4.根据权利要求2或3所述的发电厂的功率协调控制系统，其特征在于，所述预估增益自调度控制器包括：
预估增益参数自调度模块、第二超前参数自调度模块、第二滞后参数自调度模块、第三超前参数自调度模块、第三滞后参数自调度模块、以及第二纯延时参数自调度模块；
所述预估增益参数自调度模块与所述预估增益模块的参数控制端连接，所述第二超前参数自调度模块、所述第二滞后参数自调度模块与所述第二超前/滞后模块的参数控制端连接，所述第三超前参数自调度模块、所述第三滞后参数自调度模块与所述第三超前/滞后模块的参数控制端连接，所述第二纯延时参数自调度模块与所述第二纯延时模块的参数控制端连接。
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