一种互联电网agc调频统一控制器及控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种互联电网AGC调频统一控制器及控制方法，所述控制器适用于大规模风电并网接入的互联电网调频统一控制器；其特征在于：所述控制器包括累加器、分别与所述累加器相连的扰动抑制器和镇定补偿器；通过所述镇定补偿器与所述累加器相连的状态观测器；所述状态观测器与所述扰动抑制器相连。本发明根据互联电网的各局部电网的区域控制偏差ACE进行综合决策，统一控制各AGC机组，该技术方案具有调用资源经济、方便，减小风电波动后电网有功功率平衡的恢复时间，提高了电网频率的控制品质。
【专利说明】—种互联电网AGC调频统一控制器及控制方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种互联电网AGC调频统一控制器及控制方法，更具体涉及一种应对大规模风电并网接入的互联电网AGC调频统一控制器及控制方法。
【背景技术】:
[0002]目前，风力发电在我国已进入快速发展阶段，并网容量和装机容量均已位居世界第一。大规模风电并网后，风电出力的随机性和间歇性特性使得互联电网负荷频率(LFC)控制不仅需要平衡负荷波动功率，同时也需要平衡来自风电的“负”负荷不规则的波动，电网的源荷双侧波动给电网的调度运行控制带来新的挑战。
[0003]一般情况下，如果没有特别的控制措施，风电几乎不能对一次调频作出任何贡献，风电在15min?Ih的时间尺度的波动性使传统形式的发电机组如火电机组的负荷跟踪过程更加困难，从而影响到其调频控制能力。因此，除了需要提供更多的旋转备用容量或者是对应的可中断负荷，保证调频控制所需的容量外，必须结合风电的特点，研究并提出适应于大规模风电接入的互联电网负荷频率控制方法，以改进传统的有功调度与控制手段。
[0004]众所周知，AGC系统是目前LFC控制的主要技术手段，一般设计成每3_5秒计算一次区域控制误差ACE，确保频率误差保持在允许范围之内，同时控制区域不平衡过零，至少每10分钟一次(A1/A2标准)。目前我国也有部分网省电网采用CPS标准。但不论是采用哪一个标准，AGC控制都是基于频率在整个控制区是相等的基本假设。严格的说，这种假设仅仅是在系统处于平衡状态下才成立。而且，目前的AGC控制采用分区控制模式，AGC机组都是基于本区域电网ACE而作出调节，但是随着风电等大规模接入电网，持续和快速的功率波动导致系统功率不平衡频度增大，互联电网频率和联络线潮流随机波动也随之加大。因此必须重新审视当前高风电渗透下的电网AGC控制方法，以提高AGC系统的控制性能。
[0005]目前，提升互联电网LFC的有功AGC控制性能研究备受关注。早在20世纪50年代，Kirchmayer根据经典控制理论中的传递函数原理，提出了互联系统LFC的数学模型，研究了 PI控制方法；1970年，Elgerd和Fosha首次把现代控制理论应用于互联系统的LFC问题，后续有许多学者在此基础上提出了二次型最优的控制(LQR)方法，该方法放松了系统频率等状态的稳态假设，突破了 AGC控制只能在系统处于稳态的应用约束，同时实现了系统控制性能指标如ACE指标以及控制输入成本的平方和最小的优化目标。但是从区域电网ACE控制角度来看，该方法是一种有差调节。文献[高宗和，滕贤亮，张小白.适应大规模风电接入的互联电网有功功率控制[J].电力系统自动化，2010,34(17):37-41.]针对我国互联电网提出了集中式AGC控制的构想，通过平等地调动网内优质调频电源，以应对大规模风电并网的有功控制挑战，但该文并没有讨论具体的控制模型与算法。
【发明内容】
:
[0006]本发明的目的是提供一种互联电网AGC调频统一控制器及控制方法，该方法具有调用资源经济、方便，减小风电波动后电网有功功率平衡的恢复时间，提高了电网频率的控制品质。
[0007]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种互联电网AGC调频统一控制器，所述控制器适用于大规模风电并网接入的互联电网调频统一控制器；所述控制器包括累加器、分别与所述累加器相连的扰动抑制器和镇定补偿器；通过所述镇定补偿器与所述累加器相连的状态观测器；所述状态观测器与所述扰动抑制器相连。
[0008]本发明提供的一种一种互联电网AGC调频统一控制器，所述扰动抑制器的输入信号是互联电网各控制区的区域控制偏差ACE量测向量与ACE目标参考向量的差值；所述镇定补偿器的输入信号是来自所述状态观测器输出的电网系统的状态向量；所述状态观测器的输入信号是来自所述累加器的输出信号与ACE量测向量；所述累加器的输入信号包括扰动抑制器的输出信号和镇定补偿器的输出信号；所述累加器的输出信号为调频统一控制器的AGC机组的控制信号。
[0009]本发明提供的包含上述技术方案的所述的控制器的控制方法，根据不同的控制性能评价标准，确定ACE目标参考向量;所述控制性能评价标准包括A标准控制性能标准和CPSl标准控制性能标准。
[0010]本发明提供的另一优选的一种所述的控制方法，所述A标准控制性能标准确定ACE目标参考向量Y.—= O。
[0011]本发明提供的再一优选的一种所述的控制方法，所述CPSl标准控制性能标准的ACE目标参考向量μ按照如下步骤确定:
[0012](I)根据未来风电和负荷短期预测结果，预估未来时段的功率盈亏ΛΡ和预测互联电网未来时段的Af= ΛΡ/Β，Β为互联电网频差系数；
[0013](2)确定目标参考向量yaee ref元素的正负号；
[0014](3)选择目标参考向量yace ref元素的值；
[0015](4)判断目标参考向量yaee 元素之和是否为O ;若不满足，返回步骤(3)，若满足该y.—即为ACE目标参考信号。
[0016]本发明提供的又一优选的一种所述的控制方法，所述步骤(2)中备用充足局部电网控制区的ACE目标参考信号符号选取与Af相异；备用匮乏局部电网控制区的ACE目标参考信号符号则与Af相同。
[0017]本发明提供的又一优选的一种所述的控制方法，所述步骤(3)中目标参考向量
Yacejef元素的值应满足下式:
[0018]Yacei refAf ^Bi ε 2 (I)
[0019]其中，yacei_ref为控制区i的考核时段的ACE参考向量的i元素成为控制区i频差系数，ε为门滥阀值。
[0020]本发明提供的又一优选的一种所述的控制方法，所述扰动抑制器对由于风电波动或者负荷扰动带来的各控制区域的ACE实际量测值与目标值之间的偏差采用下式(2)所示的积分I反馈控制运算规则，实现互联电网内各区域ACE跟踪参考信号的控制，所述扰动抑制器输出为:
[0021]Uy = Ky/ (yace (t) -yace ref) dt (2)
[0022]其中,Ky为扰动控制器增益,Yace ref为ACE目标值,y.(t)为ACE实际量测值,t为时间。[0023]本发明提供的又一优选的一种所述的控制方法，所述镇定补偿器对系统状态x(t)采用如下式⑶所示的比例反馈控制运算规则，使系统实现渐进稳定，提高ACE向量的跟踪动态性能，缩短风电波动后电网有功功率平衡的恢复时间，提闻了电网频率的控制品质，所述镇定补偿器的输出为:
[0024]ux = -KxX (3)
[0025]Kx为镇定补偿器增益。
[0026]本发明提供的又一优选的一种所述的控制方法，所述状态观测器根据系统的ACE实际量测向量与AGC机组的控制向量，按照下式(4)实现状态观测，其输出信号为:
[0027]K\t,i = τ Ks^yace, ijj — Ciutj} τ Buage(4)
[0028]其中Ks为状态观测器增益，yace (t)为各控制区域的ACE实际量测值，Uagc为统一调频控制器输出的控制信号，A、B、C为系统参数矩阵。
[0029]和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
[0030]1、本发明中的AGC统一控制器是对各区域的ACE进行综合分析，统一对各AGC机组做出调节反应，因此能从全网范围内实现AGC机组的优化控制；
[0031]2、本发明中的AGC统一控制中引入了 ACE向量的积分控制，因此统一控制能抑制风电或者负荷扰动，实现电网ACE的无偏控制；
[0032]3、本发明中传统的AGC控制是本区域ACE输出反馈控制，而AGC统一控制不仅包含了区域ACE向量的反馈控制，还包含了系统状态的反馈控制，因此能提高系统的动态性能，减小电网受:扰后的功率平衡的恢复时间；
[0033]4、本发明的统一控制器仅需要部分量测信息实现系统状态的观测，减少了系统状态量测等环节，减轻了统一调频控制器的通信负担；
[0034]5、本发明具有调用资源经济、方便，减小风电波动后电网有功功率平衡的恢复时间，提闻了电网频率的控制品质。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为本发明的控制器的结构示意图；
[0036]图2为本发明的互联电网AGC统一控制仿真测试系统示意图；
[0037]图3为图2的系统模型示意图；
[0038]图4为本发明的控制器、基于LQR的统一控制器和传统PI控制器的联络线功率偏差比对试验示意图；
[0039]图5为本发明的控制器、基于LQR的统一控制器和传统PI控制器的区域I频率偏差比对试验示意图；
[0040]图6为本发明的控制器、基于LQR的统一控制器和传统PI控制器的区域2频率偏差比对试验示意图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
[0042]实施例1:[0043]如图1-6所示，本例的发明互联电网AGC调频统一控制器，所述控制器适用于大规模风电并网接入的互联电网调频统一控制器；所述控制器包括累加器、分别与所述累加器相连的扰动抑制器和镇定补偿器；通过所述镇定补偿器与所述累加器相连的状态观测器；所述状态观测器与所述扰动抑制器相连。
[0044]所述扰动抑制器的输入信号是互联电网各控制区的区域控制偏差ACE量测向量与ACE目标参考向量的差值；所述镇定补偿器的输入信号是来自所述状态观测器输出的电网系统的状态向量；所述状态观测器的输入信号是来自所述累加器的输出信号与ACE量测向量；所述累加器的输入信号包括扰动抑制器的输出信号和镇定补偿器的输出信号；所述累加器的输出信号为调频统一控制器的AGC机组的控制信号。
[0045]目前的AGC的考核标准广泛应用的是A标准和CPS标准。本质上两者都是维系ACE在某一范围内，区别在于A标准要求是零，侧重各区域电网自行负责本区的发用平衡，而CPS标准为非零值，以充分发挥互联电网各AGC控制区之间的相互支援。从控制角度看，都可归结为ACE的跟踪问题。本文基于区域偏差ACE考核标准体系，以ACE向量无偏跟踪参考信号为目标，提出了 AGC统一控制模型,具体可表达为:
[0046]limt_?yace(t)=
Y ace_ref
[0047]Yace_ref [Yacel—ref ^ace2_ref*..]
[0048]控制约束为:
【权利要求】
1.一种互联电网AGC调频统一控制器，所述控制器适用于大规模风电并网接入的互联电网调频统一控制器；其特征在于:所述控制器包括累加器、分别与所述累加器相连的扰动抑制器和镇定补偿器；通过所述镇定补偿器与所述累加器相连的状态观测器；所述状态观测器与所述扰动抑制器相连。
2.如权利要求1所述的一种互联电网AGC调频统一控制器，其特征在于:所述扰动抑制器的输入信号是互联电网各控制区的区域控制偏差ACE量测向量与ACE目标参考向量的差值；所述镇定补偿器的输入信号是来自所述状态观测器输出的电网系统的状态向量；所述状态观测器的输入信号是来自所述累加器的输出信号与ACE量测向量；所述累加器的输入信号包括扰动抑制器的输出信号和镇定补偿器的输出信号；所述累加器的输出信号为调频统一控制器的AGC机组的控制信号。
3.如权利要求1或2所述的控制器的控制方法，其特征在于:根据不同的控制性能评价标准，确定ACE目标参考向量;所述控制性能评价标准包括A标准控制性能标准和CPSl标准控制性能标准。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于:所述A标准控制性能标准确定ACE目标参考向量Yara = O。
5.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于:所述CPSl标准控制性能标准的ACE目标参考向量yaM；—按照如下步骤确定: (1)根据未来风电和负荷短期预测结果，预估未来时段的功率盈亏ΛΡ和预测互联电网未来时段的Af= ΛP/B，B为互联电网频差系数； (2)确定目标参考向 量yac;eMf元素的正负号； (3)选择目标参考向量yaM；—元素的值； (4)判断目标参考向量7_>元素之和是否为O;若不满足，返回步骤(3)，若满足该Yacejef即为ACE目标参考信号。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于:所述步骤(2)中备用充足局部电网控制区的ACE目标参考信号符号选取与Af相异；备用匮乏局部电网控制区的ACE目标参考信号符号则与Af相同。
7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于:所述步骤(3)中目标参考向量元素的值应满足下式:
Yaceijef Δ f ^ Bi ε 2 (l) 其中，Yaceijef为控制区?的考核时段的ACE参考向量的i元素办为控制区i频差系数，ε为门滥阀值。
8.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于:所述扰动抑制器对由于风电波动或者负荷扰动带来的各控制区域的ACE实际量测值与目标值之间的偏差采用下式(2)所示的积分I反馈控制运算规则，实现互联电网内各区域ACE跟踪参考信号的控制，所述扰动抑制器输出为:
Uy = Ky / (yace (t) -yace ref) dt (2) 其中，Ky为扰动控制器增益，yac^rfSACE目标值，yace(t)为ACE实际量测值，t为时间。
9.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于:所述镇定补偿器对系统状态x(t)采用如下式(3)所示的比例反馈控制运算规则，使系统实现渐进稳定，提高ACE向量的跟踪动态性能，缩短风电波动后电网有功功率平衡的恢复时间，提高了电网频率的控制品质，所述镇定补偿器的输出为:ux = -KxX (3) Kx为镇定补偿器增益。
10.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于:所述状态观测器根据系统的ACE实际量测向量与AGC机组的控制向量，按照下式(4)实现状态观测，其输出信号为:
【文档编号】H02J3/38GK104037772SQ201410261151
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】单茂华, 田伟, 鄢蜜昉, 姚建国 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网山东省电力公司电力科学研究院