CN109004658B - 一种互联电力系统负荷频率控制方法及装置 - Google Patents

一种互联电力系统负荷频率控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种互联电力系统负荷频率控制方法及装置，包括：获取互联电力系统的频率偏差和联络线功率误差；利用所述联络线功率误差、所述频率偏差，采用自适应滑模控制方法计算得到总控制量；利用所述总控制量控制互联电力系统的调速器，以调节互联电力系统的频率和联络线功率。通过获取的频率偏差和联络线功率误差，采用自适应滑模控制方法计算得到总控制量；利用所述总控制量控制互联电力系统的调速器，以调节互联电力系统的频率和联络线功率。最终使得其频率偏差、联络线功率误差、区域控制误差都能趋于零，并且达到联络线功率偏差的抖振性明显减小的目的。

Description

一种互联电力系统负荷频率控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统调节控制技术领域，特别涉及一种互联电力系统负荷频率控制方法及装置。
背景技术
负荷频率控制是调整系统的频率达到额定值(如50Hz)或/和维持区域联络线交换功率为计划值。频率稳定是电力系统电能质量的一个重要指标。负荷的任意突然变化都有可能导致系统间联络线交换功率的偏差及系统频率的波动。因此，为保证电能质量，需要一种负荷频率控制方法，该控制方法的目的是将系统频率维持在标称值并且尽可能使控制区域之间的未计划的联络线交换功率最小。
现有技术的电力系统负荷频率控制的模型都是基于线性的模型，即使包括非线性也只存在一种。然而在实际系统中，电力系统是一个多域互联非线性的系统。因此，线性系统并不能真正代表电力系统负荷频率控制的模型，用非线性模型来代表电力系统负荷频率的控制模型变得非常有必要。滑模控制具有抗击外界干扰和参数变化的能力，因此滑模控制在非线性系统，随机系统，电力电子，电机等有大量应用。在国内外，滑模控制也被应用于电力系统的负荷频率控制中。然而大多数的基于负荷频率控制的滑模控制都属于低阶的滑模控制，低阶的滑模控制虽能达到控制目的，但其联络线功率差抖振性较大。
因此，如何提供一种互联电力系统频率负荷控制方法及装置，减小联络线功率差抖振性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种互联电力系统频率负荷控制方法及装置，以减小联络线功率差抖振性。其具体方案如下：
一种互联电力系统负荷频率控制方法，包括：
获取互联电力系统的频率偏差和联络线功率误差；
利用所述联络线功率误差、所述频率偏差，采用自适应滑模控制方法计算得到总控制量；
利用所述总控制量控制互联电力系统的调速器，以调节互联电力系统的频率和联络线功率。
可选的，所述利用所述联络线功率误差、所述频率偏差，采用自适应滑模控制方法计算得到总控制量包括：
计算得到所述频率偏差的一阶、二阶和三阶导数；
计算得到包括所述频率偏差和所述频率偏差的一阶、二阶、三阶导数的滑模面数学模型；
令所述滑模面数学模型的一阶导数等于零，计算得到中间控制量，利用所述中间控制量得到所述总控制量；
其中，互联电力系统包括三个互联区域。
可选的，所述利用所述总控制量控制互联电力系统的调速器，以调节互联电力系统的频率和联络线功率包括：
所述控制量作为输入控制所述调速器；
所述调速器的输出作为输入控制涡轮机；
所述涡轮机的输出作为输入控制发电机，且所述涡轮机的输出还作为负反馈传递给所述调速器的输出；
其中，所述调速器设有调速器死区，所述发电机设有发电机变化率约束。
一种互联电力系统负荷频率控制装置，包括：
获取模块，用于获取互联电力系统的频率偏差和联络线功率误差；
计算模块，用于利用所述联络线功率误差、所述频率偏差，采用自适应滑模控制方法计算得到总控制量；
控制模块，用于利用所述总控制量控制互联电力系统的调速器，以调节互联电力系统的频率和联络线功率。
可选的，所述计算模块包括：
第一计算单元，用于计算得到所述频率偏差的一阶、二阶和三阶导数；
第二计算单元，用于计算得到包括所述频率偏差和所述频率偏差的一阶、二阶、三阶导数的滑模面数学模型；
第三计算单元，用于令所述滑模面数学模型的一阶导数等于零，计算得到中间控制量，利用所述中间控制量得到所述总控制量；
其中，互联电力系统包括三个互联区域。
可选的，所述控制模块包括：
第一控制单元，用于所述控制量作为输入控制所述调速器；
第二控制单元，用于所述调速器的输出作为输入控制涡轮机；
第三控制单元，用于所述涡轮机的输出作为输入控制发电机，且所述涡轮机的输出还作为负反馈传递给所述调速器的输出；
其中，所述调速器设有调速器死区，所述发电机设有发电机变化率约束。
本发明实施例具有以下有益效果：
通过获取的频率偏差和联络线功率误差，采用自适应滑模控制方法计算得到总控制量；利用所述总控制量控制互联电力系统的调速器，以调节互联电力系统的频率和联络线功率。最终使得其频率偏差、联络线功率误差、区域控制误差都能趋于零，并且达到联络线功率偏差的抖振性明显减小的目的。
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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的互联电力系统频率负荷控制方法及装置的系统图。
图2为本发明实施例提供的互联电力系统频率负荷控制方法的方法流程图。
图3为本发明实施例提供的互联电力系统频率负荷控制方法的另一方法流程图。
图4为本发明实施例提供的互联电力系统频率负荷控制方法的又一方法流程图。
图5为使用自适应滑模控制方法在区域1的扰动为0.01p.u.(t＝1s)、区域2的扰动为0.006p.u.(t＝3s)和区域3的扰动为0.01p.u.(t＝5s)的情况下的区域1的频率偏差曲线图。
图6为使用自适应滑模控制方法在区域1的扰动为0.01p.u.(t＝1s)、区域2的扰动为0.006p.u.(t＝3s)和区域3的扰动为0.01p.u.(t＝5s)的情况下的区域1的联络线功率误差曲线图。
图7为使用自适应滑模控制方法在区域1的扰动为0.01p.u.(t＝1s)、区域2的扰动为0.006p.u.(t＝3s)和区域3的扰动为0.01p.u.(t＝5s)的情况下的区域1的区域控制误差曲线图。
图8为使用自适应滑模控制方法在区域1的扰动为0.01p.u.(t＝1s)、区域2的扰动为0.006p.u.(t＝3s)和区域3的扰动为0.01p.u.(t＝5s)的情况下的区域2的频率偏差曲线图。
图9为使用自适应滑模控制方法在区域1的扰动为0.01p.u.(t＝1s)、区域2的扰动为0.006p.u.(t＝3s)和区域3的扰动为0.01p.u.(t＝5s)的情况下的区域2的联络线功率误差曲线图。
图10为使用自适应滑模控制方法在区域1的扰动为0.01p.u.(t＝1s)、区域2的扰动为0.006p.u.(t＝3s)和区域3的扰动为0.01p.u.(t＝5s)的情况下的区域2的区域控制误差曲线图。
图11为使用自适应滑模控制方法在区域1的扰动为0.01p.u.(t＝1s)、区域2的扰动为0.006p.u.(t＝3s)和区域3的扰动为0.01p.u.(t＝5s)的情况下的区域3的频率偏差曲线图。
图12为使用自适应滑模控制方法在区域1的扰动为0.01p.u.(t＝1s)、区域2的扰动为0.006p.u.(t＝3s)和区域3的扰动为0.01p.u.(t＝5s)的情况下的区域3的联络线功率误差曲线图。
图13为使用自适应滑模控制方法在区域1的扰动为0.01p.u.(t＝1s)、区域2的扰动为0.006p.u.(t＝3s)和区域3的扰动为0.01p.u.(t＝5s)的情况下的区域3的区域控制误差曲线图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图4所示，本实施例提供了一种互联电力系统负荷频率控制方法，其包括以下步骤：
步骤S1：获取互联电力系统的频率偏差和联络线功率误差。
具体的，建立互联电力系统的数学模型。互联电力系统包括i个互联区域，每个区域包括调速器、涡轮机和发电机，其中i为正整数。
调速器的数学模型为
Figure GDA0003336379800000051
TGi表示每个i互联区域中的调速器时间常数。
涡轮机的数学模型为
Figure GDA0003336379800000052
Tti表示第i个互联区域中的涡轮机中的蒸汽箱时间常数。
发电机的数学模型为
Figure GDA0003336379800000053
Tpi表示第i个互联区域的发电机时间常数，Kpi表示第i个互联区域中的发电机常数。
其中，ACEi表示第i个互联区域的区域控制误差，Ui表示第i个互联区域的总控制量，ui表示第i个互联区域的中间控制量。AdaptiveSMC表示自适应滑模控制方法。Tij为两个互联区域之间的联络线系数，其中i、j为正整数，且i≠j。Bi为第i个互联区域的频率响应系数，Ri是速度下垂系数。ΔPtiei表示第i个互联区域的联络线功率误差，此处的个数i为区域中的i。Δfi表示第i个互联区域的频率偏差。ΔPLi表示表示第i个互联区域的负载扰动。Δxgi表示第i个互联区域的阀门位置变化。ΔPgi表示第i个互联区域的机械能。
根据上述数学模型，可得到互联电力系统每个区域的频率偏差Δfi和联络线功率误差ΔPtiei。
步骤S2：利用所述联络线功率误差、所述频率偏差，采用自适应滑模控制方法计算得到总控制量。
具体的，利用互联电力系统每个区域的频率偏差Δfi和联络线功率误差ΔPtiei，再采用自适应滑模控制方法，即可得到总控制量Ui。
步骤S3：利用所述控制量控制互联电力系统的调速器，以调节互联电力系统的频率和联络线功率。
因此，将第i个互联区域的总控制量Ui去控制第i个互联区域的调速器，即可调节每i个互联区域的频率和联络线功率。
因此，本实施例提供的采用自适应滑模控制方法计算得到控制量，以调节互联电力系统的频率和联络线功率，最终使得其频率偏差、联络线功率误差、区域控制误差都能趋于零，并且达到联络线功率偏差的抖振性明显减小的目的。
可选的，在本申请的另一实施例中，互联电力系统包括三个互联区域。
因此，所述利用所述联络线功率误差、所述频率偏差，采用自适应滑模控制方法计算得到总控制量包括：
步骤S4：计算得到所述频率偏差的一阶、二阶和三阶导数。
具体计算方法为：
先设置Δxi＝Δfi，根据系统传递函数，计算得到三阶频率差值。即第i个互联区域的三阶频率差值
Figure GDA0003336379800000061
等于：
Figure GDA0003336379800000062
步骤S5：计算得到包括所述频率偏差和所述频率偏差的一阶、二阶、三阶导数的滑模面数学模型。
具体计算方法为：
令滑模面数学模型为：
Figure GDA0003336379800000063
t为时间，i＝1,2,3。
步骤S6：令所述滑模面数学模型的一阶导数等于零，计算得到中间控制量，利用所述中间控制量得到所述总控制量；
具体的，由上式可得，滑模面数学模型的一阶导数为：
Figure GDA0003336379800000064
因此，令滑模面数学模型的一阶导数等于零，可求得中间控制量ui为：
Figure GDA0003336379800000065
总控制量
Figure GDA0003336379800000066
其中
Figure GDA0003336379800000067
λ为正整数，且为常数。
进一步的，所述利用所述总控制量控制互联电力系统的调速器，以调节互联电力系统的频率和联络线功率包括：
步骤S7：所述控制量作为输入控制所述调速器。
步骤S8：所述调速器的输出作为输入控制涡轮机。
步骤S9：所述涡轮机的输出作为输入控制发电机，且所述涡轮机的输出还作为负反馈传递给所述调速器的输出。
其中，所述调速器设有调速器死区，所述发电机设有发电机变化率约束。
可选的，在本申请的另一实施例中，提供了一种互联电力系统负荷频率控制装置，包括：
获取模块，用于获取互联电力系统的频率偏差和联络线功率误差；
计算模块，用于利用所述联络线功率误差、所述频率偏差，采用自适应滑模控制方法计算得到总控制量；
控制模块，用于利用所述总控制量控制互联电力系统的调速器，以调节互联电力系统的频率和联络线功率。
其具体工作原理请参照上述互联电力系统负荷频率控制方法，此处不再赘述。
进一步的，所述计算模块包括：
第一计算单元，用于计算得到所述频率偏差的一阶、二阶和三阶导数；
第二计算单元，用于计算得到包括所述频率偏差和所述频率偏差的一阶、二阶、三阶导数的滑模面数学模型；
第三计算单元，用于令所述滑模面数学模型的一阶导数等于零，计算得到中间控制量，利用所述中间控制量得到所述总控制量；
其中，互联电力系统包括三个互联区域。
更进一步的，所述控制模块包括：
第一控制单元，用于所述控制量作为输入控制所述调速器；
第二控制单元，用于所述调速器的输出作为输入控制涡轮机；
第三控制单元，用于所述涡轮机的输出作为输入控制发电机，且所述涡轮机的输出还作为负反馈传递给所述调速器的输出；
其中，所述调速器设有调速器死区，所述发电机设有发电机变化率约束。
本实施例提供的一种互联电力系统负荷频率控制装置，可以实现上述实施例提供的互联电力系统负荷频率控制方法，使得其频率偏差、联络线功率误差、区域控制误差都能趋于零，并且达到联络线功率偏差的抖振性明显减小的目的。
请参阅图5至13所示。其中，p.u.为per unit的缩写。
从图5至图13的曲线得出，采用本发明实施例提供的互联电力系统频率负荷控制方法及装置，其频率偏差、联络线功率误差、区域控制误差都能趋于零，并且达到联络线功率偏差的抖振性明显减小的目的。
以上对本发明所提供的互联电力系统频率负荷控制方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种互联电力系统负荷频率控制方法，其特征在于，包括：
获取互联电力系统的频率偏差和联络线功率误差；
利用所述联络线功率误差、所述频率偏差，采用自适应滑模控制方法计算得到总控制量；
利用所述总控制量控制互联电力系统的调速器，以调节互联电力系统的频率和联络线功率；
所述利用所述联络线功率误差、所述频率偏差，采用自适应滑模控制方法计算得到总控制量包括：
计算得到所述频率偏差的一阶、二阶和三阶导数，包括：
先设置△xi＝△fi，根据系统传递函数，计算得到三阶频率差值，即第i个互联区域的三阶频率差值
Figure FDA0003340147100000011
等于：
Figure FDA0003340147100000012
计算得到包括所述频率偏差和所述频率偏差的一阶、二阶、三阶导数的滑模面数学模型，包括：
令滑模面数学模型为：
Figure FDA0003340147100000013
t为时间，i＝1,2,3；
令所述滑模面数学模型的一阶导数等于零，计算得到中间控制量，利用所述中间控制量得到所述总控制量，包括：
滑模面数学模型的一阶导数为：
Figure FDA0003340147100000014
令滑模面数学模型的一阶导数等于零，可求得中间控制量ui为：
Figure FDA0003340147100000021
总控制量
Figure FDA0003340147100000022
其中
Figure FDA0003340147100000023
λ为正整数，且为常数；
其中，互联电力系统包括三个互联区域；△xi为变量，表示频率偏差，△fi表示第i个互联区域的频率偏差，TGi表示每个i互联区域中的调速器时间常数，Tti表示第i个互联区域中的涡轮机中的蒸汽箱时间常数，Tpi表示第i个互联区域的发电机时间常数，Kpi表示第i个互联区域中的发电机常数，Ri是速度下垂系数，△PLi表示第i个互联区域的负载扰动，△Ptiei表示第i个互联区域的联络线功率误差，ui表示第i个互联区域的中间控制量，Ui表示第i个互联区域的总控制量。
2.根据权利要求1所述的互联电力系统负荷频率控制方法，其特征在于，
所述利用所述总控制量控制互联电力系统的调速器，以调节互联电力系统的频率和联络线功率包括：
所述控制量作为输入控制所述调速器；
所述调速器的输出作为输入控制涡轮机；
所述涡轮机的输出作为输入控制发电机，且所述涡轮机的输出还作为负反馈传递给所述调速器的输出；
其中，所述调速器设有调速器死区，所述发电机设有发电机变化率约束。
3.一种互联电力系统负荷频率控制装置，用于执行如权利要求1或2所述的互联电力系统负荷频率控制方法，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取互联电力系统的频率偏差和联络线功率误差；
计算模块，用于利用所述联络线功率误差、所述频率偏差，采用自适应滑模控制方法计算得到总控制量；
控制模块，用于利用所述总控制量控制互联电力系统的调速器，以调节互联电力系统的频率和联络线功率；
所述计算模块包括：
第一计算单元，用于计算得到所述频率偏差的一阶、二阶和三阶导数；
第二计算单元，用于计算得到包括所述频率偏差和所述频率偏差的一阶、二阶、三阶导数的滑模面数学模型；
第三计算单元，用于令所述滑模面数学模型的一阶导数等于零，计算得到中间控制量，利用所述中间控制量得到所述总控制量；
其中，互联电力系统包括三个互联区域。
4.根据权利要求3所述的互联电力系统负荷频率控制装置，其特征在于，所述控制模块包括：
第一控制单元，用于所述控制量作为输入控制所述调速器；
第二控制单元，用于所述调速器的输出作为输入控制涡轮机；
第三控制单元，用于所述涡轮机的输出作为输入控制发电机，且所述涡轮机的输出还作为负反馈传递给所述调速器的输出；
其中，所述调速器设有调速器死区，所述发电机设有发电机变化率约束。
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