基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制方法及系统与流程

本发明涉及系能源并入电网频率稳定控制技术领域，并且更具体地，涉及一种基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制方法及系统。

背景技术：

随着化石能源短缺及环境污染问题的日益突出，风电作为一种技术较为成熟的清洁发电方式在电网中的渗透率不断提高，并对部分老旧传统火电机组完成能源替代。然而，风电具有波动性与不确定性的出力性质，且风电机组电力电子变换器接口的运行技术使机械与电气部分解耦，使风电无法与传统火电机组一样通过固有惯性及时响应电网频率变化，在高渗透率风电并网场景下会破坏电网频率稳定性。目前，在我国已建设及规划多个千万千瓦级风电基地，并对并网风电场的功率波动限制制定了相关并网标准，因此如何在风电预测有效出力范围内对风电集群的有功出力进行灵活控制，使其具备与传统agc电源协同调频的能力成为亟待解决的问题。

目前，在风电有功控制及风电参与调频的研究已经取得了一些进展。随着我国风电装机容量的不断提高，针对风电机组及单风场的研究已不能满足实际应用要求，有必要将风电有功控制领域与风电参与调频领域的研究有机结合，建立风电集群协同传统agc电源进行灵活调频的控制策略。近年来，模型预测控制(modelpredictivecontrol,mpc)理论作为一种基于预测时域内的预测模型，根据实际运行状态进行反馈校正，在控制时域内滚动优化的控制方法，正逐渐应用于风电有功控制及调频研究中。

技术实现要素：

本发明提出一种基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制方法及系统，以解决如何对风电集群的综合频率进行控制的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制方法，其特征在于，所述方法包括：

建立多时空尺度协调风电集群综合频率控制策略中的分层分布式模型预测控制h-dmpc控制器；

建立风电集群在三次调频层、二次调频层及一次调频层的多时空尺度协调变粒度频率控制框架；

分别在三次调频层、二次调频层及一次调频层建立在空间尺度上逐层细化的滚动优化模型；

在风电功率预测误差校正方面建立反馈校正环节，通过电网运行状态反馈和预测数据的反馈校正，实现综合频率控制的闭环运行。

优选地，其中所述分层分布式模型预测控制h-dmpc控制器包括：三次调频控制器、二次调频控制器和一次调频控制器，

所述三次调频控制器为使风电参与三次调频的控制器，作用范围为全区传统agc电源和风电集群，启动时间为每15min，在agc运行备用和风电功率预测约束下优化15min内传统agc电源及风电集群的经济运行功率参考值，平抑15min级大幅度负荷波动；

所述二次调频控制器，为使风电参与二次调频的控制器，作用范围为分区传统agc电源和风电场，启动时间为每1min，在三次调频确定的经济运行基点的基础上进行分区二次调频来平抑1min级较大幅度负荷波动；

所述一次调频控制器，为使风电参与一次调频的控制器，作用范围为分类风电场，启动时间为每1min，通过虚拟下垂控制以风机降/升转速的方式使风场具有短暂调频的能力，实时平抑小幅值随机负荷波动。

优选地，其中所述建立风电集群在三次调频层、二次调频层及一次调频层的多时空尺度协调变粒度频率控制框架，包括：

在每个控制层均设置预测模型、滚动优化和反馈校正环节，根据电网及风电集群实时运行状态，通过电网运行状态反馈及预测数据校正环节分别建立对三次调频层、二次调频层及一次调频层的反馈校正，形成闭环调频框架结构。

优选地，其中所述分别在三次调频层、二次调频层及一次调频层建立在空间尺度上逐层细化的滚动优化模型，包括：

全区三次调频控制器建模，考虑系统网络拓扑结构，确定滚动优化目标函数为：

其中，t为优化时域，t＝4，λ1、λ2、λ3为目标函数各项的控制权重，且λ1+λ2+λ3＝1；ng为全区传统agc电源数量，nw为全区风电场数量，mgα(k)为时段k内传统agc电源α的发电成本，其中kf为燃料价格，atα、btα、ctα为耗量特性曲线参数，δpgα(k)为时段k内agc电源α有功出力调整量，mwβ(k)为时段k内风电场β的发电成本，mwβ(k)＝kwδpwβ(k)，其中kw为风电场单位出力调节成本，δpwβ(k)为时段k内风电场β有功出力调整量；z为从风电集群密集区域至负荷密集区域的联络线个数，为风电集群送出联络线γ的传输极限，ptie,γ(k)为时段k风电集群送出联络线γ的传输容量；ploss(k)为时段k全区系统网损；

分区二次调频控制器建模，考虑分区asfam模型，确定优化目标函数为：

其中，yi为输出序列，ηi为拉盖尔函数控制序列，qi和rli分别为由权系数构成的误差权对角阵和拉盖尔函数下控制权对角阵；

分类一次调频控制器建模，设置对分区风电场每1min参与一次调频过程的原则为：在不可预测的小幅值随机负荷增加时，风电场内风机通过降转速释放动能，短时快速增加风电场功率输出；在不可预测的小幅值随机负荷降低时，风电场内风机通过升转速储存动能，短时快速降低风电场功率输出。

优选地，其中在风电功率预测误差校正方面，利用如下公式通过风电场过去第一预设时间阈值内的实际误差对预测模型进行校正：

其中，分别为校正前后的预测模型；h为误差校正矩阵；e为过去5min误差矩阵。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制系统，其特征在于，所述系统包括：

分布式模型预测控制器建立单元，用于建立多时空尺度协调风电集群综合频率控制策略中的分层分布式模型预测控制h-dmpc控制器；

控制框架建立单元，用于建立风电集群在三次调频层、二次调频层及一次调频层的多时空尺度协调变粒度频率控制框架；

优化模型建立单元，用于分别在三次调频层、二次调频层及一次调频层建立在空间尺度上逐层细化的滚动优化模型；

校正单元，用于在风电功率预测误差校正方面建立反馈校正环节，通过电网运行状态反馈和预测数据的反馈校正，实现综合频率控制的闭环运行。

优选地，其中所述分布式模型预测控制器建立单元中的分层分布式模型预测控制h-dmpc控制器包括：三次调频控制器、二次调频控制器和一次调频控制器，

所述三次调频控制器为使风电参与三次调频的控制器，作用范围为全区传统agc电源和风电集群，启动时间为每15min，在agc运行备用和风电功率预测约束下优化15min内传统agc电源及风电集群的经济运行功率参考值，平抑15min级大幅度负荷波动；

所述二次调频控制器，为使风电参与二次调频的控制器，作用范围为分区传统agc电源和风电场，启动时间为每1min，在三次调频确定的经济运行基点的基础上进行分区二次调频来平抑1min级较大幅度负荷波动；

所述一次调频控制器，为使风电参与一次调频的控制器，作用范围为分类风电场，启动时间为每1min，通过虚拟下垂控制以风机降/升转速的方式使风场具有短暂调频的能力，实时平抑小幅值随机负荷波动。

优选地，其中所述控制框架建立单元，建立风电集群在三次调频层、二次调频层及一次调频层的多时空尺度协调变粒度频率控制框架，包括：

在每个控制层均设置预测模型、滚动优化和反馈校正环节，根据电网及风电集群实时运行状态，通过电网运行状态反馈及预测数据校正环节分别建立对三次调频层、二次调频层及一次调频层的反馈校正，形成闭环调频框架结构。

优选地，其中所述优化模型建立单元，分别在三次调频层、二次调频层及一次调频层建立在空间尺度上逐层细化的滚动优化模型，包括：

三次调频控制器建模模块，用于全区三次调频控制器建模，考虑系统网络拓扑结构，确定滚动优化目标函数为：

其中，t为优化时域，t＝4，λ1、λ2、λ3为目标函数各项的控制权重，且λ1+λ2+λ3＝1；ng为全区传统agc电源数量，nw为全区风电场数量，mgα(k)为时段k内传统agc电源α的发电成本，其中kf为燃料价格，atα、btα、ctα为耗量特性曲线参数，δpgα(k)为时段k内agc电源α有功出力调整量，mwβ(k)为时段k内风电场β的发电成本，mwβ(k)＝kwδpwβ(k)，其中kw为风电场单位出力调节成本，δpwβ(k)为时段k内风电场β有功出力调整量；z为从风电集群密集区域至负荷密集区域的联络线个数，为风电集群送出联络线γ的传输极限，ptie,γ(k)为时段k风电集群送出联络线γ的传输容量；ploss(k)为时段k全区系统网损；

二次调频控制器建模模块，用于分区二次调频控制器建模，考虑分区asfam模型，确定优化目标函数为：

其中，yi为输出序列，ηi为拉盖尔函数控制序列，qi和rli分别为由权系数构成的误差权对角阵和拉盖尔函数下控制权对角阵；

一次调频控制器建模模块，用于分类一次调频控制器建模，设置对分区风电场每1min参与一次调频过程的原则为：在不可预测的小幅值随机负荷增加时，风电场内风机通过降转速释放动能，短时快速增加风电场功率输出；在不可预测的小幅值随机负荷降低时，风电场内风机通过升转速储存动能，短时快速降低风电场功率输出。

优选地，其中所述校正单元，在风电功率预测误差校正方面，利用如下公式通过风电场过去第一预设时间阈值内的实际误差对预测模型进行校正：

其中，分别为校正前后的预测模型；h为误差校正矩阵；e为过去5min误差矩阵。

本发明提供了一种基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制方法及系统，建立了风电集群在三次调频层、二次调频层及一次调频层的变粒度频率控制框架，在各层采用时间尺度逐层细化的预测时域、控制时域以及超短期风电功率预测值；在各层建立空间尺度逐层细化的滚动优化模型，其中在三次调频层考虑电网拓扑结构及全区经济性最优目标，在二次调频层考虑asfam及分区安全性最优目标，在一次调频层考虑分区风电集群内单场动态分类来实时平抑系统负荷小幅值随机扰动；根据电网及风电集群实时运行状态建立反馈校正环节，实现综合频率控制策略的闭环运行。本发明所提出的控制策略能够有效实现风电集群参与系统调频，并能兼顾考虑系统的经济性及安全性目标。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制方法100的流程图；

图2为根据本发明实施方式的综合频率控制框架图；

图3为根据本发明实施方式提供的含10个风电场的ieee39节点测试系统图；

图4位根据本发明实施方式提供的仿真时域内区域频率偏移曲线；

图5为根据本发明实施方式的基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制系统500的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制方法100的流程图。如图1所示，本发明的实施方式提供的基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制方法，建立了风电集群在三次调频层、二次调频层及一次调频层的变粒度频率控制框架，在各层采用时间尺度逐层细化的预测时域、控制时域以及超短期风电功率预测值；在各层建立空间尺度逐层细化的滚动优化模型，其中在三次调频层考虑电网拓扑结构及全区经济性最优目标，在二次调频层考虑asfam及分区安全性最优目标，在一次调频层考虑分区风电集群内单场动态分类来实时平抑系统负荷小幅值随机扰动；根据电网及风电集群实时运行状态建立反馈校正环节，实现综合频率控制策略的闭环运行。本发明所提出的控制策略能够有效实现风电集群参与系统调频，并能兼顾考虑系统的经济性及安全性目标。

本发明的实施方式提供的基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制方法100从步骤101处开始，在步骤101建立多时空尺度协调风电集群综合频率控制策略中的分层分布式模型预测控制h-dmpc控制器。

优选地，其中所述分层分布式模型预测控制h-dmpc控制器包括：三次调频控制器、二次调频控制器和一次调频控制器。

所述三次调频控制器为使风电参与三次调频的控制器，作用范围为全区传统agc电源和风电集群，启动时间为每15min，在agc运行备用和风电功率预测约束下优化15min内传统agc电源及风电集群的经济运行功率参考值，平抑15min级大幅度负荷波动。

所述二次调频控制器，为使风电参与二次调频的控制器，作用范围为分区传统agc电源和风电场，启动时间为每1min，在三次调频确定的经济运行基点的基础上进行分区二次调频来平抑1min级较大幅度负荷波动。

所述一次调频控制器，为使风电参与一次调频的控制器，作用范围为分类风电场，启动时间为每1min，通过虚拟下垂控制以风机降/升转速的方式使风场具有短暂调频的能力，实时平抑小幅值随机负荷波动。

在本发明的实施方式中，h-dmpc控制器是多时空尺度协调风电集群综合频率控制策略的核心，由三次调频控制器、二次调频控制器及一次调频控制器三部分组成。各部分的作用如下：1)三次调频控制器：使风电参与三次调频的控制器，作用范围为全区传统agc电源和风电集群，启动时间为每15min，在agc运行备用和风电功率预测约束下优化15min内传统agc电源及风电集群的经济运行功率参考值，平抑15min级大幅度负荷波动，提高系统运行经济性；2)二次调频控制器：使风电参与二次调频的控制器，作用范围为分区传统agc电源和风电场，启动时间为每1min，在三次调频确定的经济运行基点的基础上进行分区二次调频来平抑1min级较大幅度负荷波动，提高系统安全性及静态频率稳定性，快速恢复频率偏移，减少频率静态偏差；3)一次调频控制器：使风电参与一次调频的控制器，作用范围为分类风电场，启动时间为每1min，通过虚拟下垂控制以风机降/升转速的方式使风场具有短暂调频的能力，实时平抑小幅值随机负荷波动，提高系统安全性及暂态频率稳定性，阻止频率突变，从而使二次调频控制器有足够时间调节发电功率重建系统功率平衡。

优选地，在步骤102建立风电集群在三次调频层、二次调频层及一次调频层的多时空尺度协调变粒度频率控制框架。

优选地，其中所述建立风电集群在三次调频层、二次调频层及一次调频层的多时空尺度协调变粒度频率控制框架，包括：

在每个控制层均设置预测模型、滚动优化和反馈校正环节，根据电网及风电集群实时运行状态，通过电网运行状态反馈及预测数据校正环节分别建立对三次调频层、二次调频层及一次调频层的反馈校正，形成闭环调频框架结构。

图2为根据本发明实施方式的综合频率控制框架图。如图2所示，在本发明的实施方式中，建立的综合频率控制框架主要分为三层mpc控制结构，分别为三次调频层、二次调频层及一次调频层，并且在每个控制层均包括预测模型、滚动优化和反馈校正环节。其中，在三次调频层，依据15min分辨率的风电预测数据，在考虑电网拓扑结构的基础上建立全区经济性最优目标，以2h为预测时域，1h为控制时域，每15min通过三次调频控制器滚动优化全区风电集群及传统agc电源的经济运行基点并下发，三次调频层主要应对的是15min级的全区负荷波动；在二次调频层，依据1min分辨率的风电预测数据，在分区平均系统频率增广模型(averagesystemfrequencyaugmentedmodel,asfam)上建立分区安全性最优目标，以1h为预测时域，15min为控制时域，每1min通过二次调频控制器滚动优化分区各风电场及传统agc电源在三次调频每15min下发的经济运行基点基础上的动态安全运行基点调整量，二次调频层主要应对的是1min级的分区负荷波动；在一次调频层，依据1min分辨率的风电预测数据及风电场实时运行状态，每1min对分区各风电场进行动态分类及优先度排序，通过一次调频控制器对分类风电场内风机升/降转速的方式协同传统agc电源的一次调频功能实时平抑不可预测的负荷小幅值随机波动。本发明根据电网及风电集群实时运行状态，通过电网运行状态反馈及预测数据校正环节分别建立对三次调频层、二次调频层及一次调频层的反馈校正，形成闭环调频框架结构。

优选地，在步骤103分别在三次调频层、二次调频层及一次调频层建立在空间尺度上逐层细化的滚动优化模型。

优选地，其中所述分别在三次调频层、二次调频层及一次调频层建立在空间尺度上逐层细化的滚动优化模型，包括：

全区三次调频控制器建模，考虑系统网络拓扑结构，确定滚动优化目标函数为：

其中，t为优化时域，t＝4，λ1、λ2、λ3为目标函数各项的控制权重，且λ1+λ2+λ3＝1；ng为全区传统agc电源数量，nw为全区风电场数量，mgα(k)为时段k内传统agc电源α的发电成本，其中kf为燃料价格，atα、btα、ctα为耗量特性曲线参数，δpgα(k)为时段k内agc电源α有功出力调整量，mwβ(k)为时段k内风电场β的发电成本，mwβ(k)＝kwδpwβ(k)，其中kw为风电场单位出力调节成本，δpwβ(k)为时段k内风电场β有功出力调整量；z为从风电集群密集区域至负荷密集区域的联络线个数，为风电集群送出联络线γ的传输极限，ptie,γ(k)为时段k风电集群送出联络线γ的传输容量；ploss(k)为时段k全区系统网损；

分区二次调频控制器建模，考虑分区asfam模型，确定优化目标函数为：

其中，yi为输出序列，ηi为拉盖尔函数控制序列，qi和rli分别为由权系数构成的误差权对角阵和拉盖尔函数下控制权对角阵；

分类一次调频控制器建模，设置对分区风电场每1min参与一次调频过程的原则为：在不可预测的小幅值随机负荷增加时，风电场内风机通过降转速释放动能，短时快速增加风电场功率输出；在不可预测的小幅值随机负荷降低时，风电场内风机通过升转速储存动能，短时快速降低风电场功率输出。

在本发明的实施方式中，在全区三次调频控制器建模时，三次调频控制器考虑了系统网络拓扑结构，每15min确定未来15min内全区传统agc电源及风电集群的经济运行功率基点，滚动计算时步为15min，其滚动优化目标函数如下：

式中：t为优化时域，在三次调频层控制时域为1h，即每次优化计算未来1h的控制作用，且该层滚动计算时步δt为15min，因此t＝4，随着k值的变化，时间以计算时步δt向前滚动推移，每次优化结束后只将k＝1的优化结果施加于系统；λ1、λ2、λ3为目标函数各项的控制权重，且λ1+λ2+λ3＝1；目标函数的第一项为发电成本最小，ng为全区传统agc电源数量，nw为全区风电场数量，mgα(k)为时段k内传统agc电源α的发电成本，其中kf为燃料价格，atα、btα、ctα为耗量特性曲线参数，δpgα(k)为时段k内agc电源α有功出力调整量，mwβ(k)为时段k内风电场β的发电成本，mwβ(k)＝kwδpwβ(k)，其中kw为风电场单位出力调节成本，δpwβ(k)为时段k内风电场β有功出力调整量；目标函数的第二项为尽量使用风电集群送出联络线容量，z为从风电集群密集区域至负荷密集区域的联络线个数，为风电集群送出联络线γ的传输极限，ptie,γ(k)为时段k风电集群送出联络线γ的传输容量；目标函数的第三项为系统网损最小，ploss(k)为时段k全区系统网损；目标函数的第二项和第三项均考虑了系统电网拓扑，涉及到网络潮流计算。

在分区二次调频控制器建模时，二次调频控制器考虑了分区asfam模型，在三次调频控制器每15min下发的经济运行基点基础上，每1min确定分区传统agc电源及风电场动态安全运行基点调整量，滚动计算时步为1min。运用结合拉盖尔函数的分布式模型预测控制方法，其滚动优化目标函数为从k时步起预测时域np内输出变量趋于0且控制时域nc内控制变量加权抑制：

式中：yi为输出序列，ηi为拉盖尔函数控制序列，qi和rli分别为由权系数构成的误差权对角阵和拉盖尔函数下控制权对角阵。

在分类一次调频控制器建模时，对分区风电场每1min参与一次调频过程的原则制定为：在不可预测的小幅值随机负荷增加时，风电场内风机通过降转速释放动能，短时快速增加风电场功率输出，最大增加最大增加至在不可预测的小幅值随机负荷降低时，风电场内风机通过升转速储存动能，短时快速降低风电场功率输出，最大减少最大减少至为了提高风电场参与一次调频的能力及控制精度，根据分区风电场实时负荷状态及1min分辨率风电预测功率，每1min对分区风电场进行动态分类形成优先度排序，使分类单风场依据功率分配策略按优先度排序依次参与一次调频，从而提高一次调频层滚动优化的准确性和针对性。

优选地，在步骤104在风电功率预测误差校正方面建立反馈校正环节，通过电网运行状态反馈和预测数据的反馈校正，实现综合频率控制的闭环运行。

优选地，其中在风电功率预测误差校正方面，利用如下公式通过风电场过去第一预设时间阈值内的实际误差对预测模型进行校正：

其中，分别为校正前后的预测模型；h为误差校正矩阵；e为过去5min误差矩阵。

在系统运行状态反馈方面，需要每1min将实测系统状态向二次调频层及一次调频层进行反馈。在二次调频层，在当前计算时步k对系统施加了当前最优控制量后，在当前计算时步末，二次调频控制器将通过状态检测设备的反馈，根据实测系统实际运行状态得到下一计算时步k+1的系统离散状态空间方程，即每隔1min进行一次分区状态反馈校正，在下一计算时步k+1中基于反馈校正后的系统离散状态空间方程进行相应滚动优化计算，得到k+1时步的最优控制量，以此循环滚动进行直至遍历整个仿真时域，从而减少因风电功率预测误差及系统控制误差对控制策略制定带来的影响，提高系统控制鲁棒性；在一次调频层，通过系统状态反馈环节每1min向一次调频控制器反馈风电运行数据来更新，确保分区风电场动态分类排序的正确性，提高系统控制精确性。

图3为根据本发明实施方式提供的含10个风电场的ieee39节点测试系统图。如图3所示，包括8个传统电源、10个风电场及19个负荷的ieee39节点测试系统对所提控制策略进行仿真验证。运用上述方法得到各区频率偏移曲线，如图4所示。从图4可以看出，h-dmpc控制策略在分钟级风电集群功率波动与负荷扰动的情况下，在频率控制方面能够根据区域内超短期风电预测功率合理控制各风电场输出，使分区风电集群与分区传统agc电源协调配合共同参与调频，将各区频率偏移控制在[-0.08,0.08]区间内，符合gb/t15945-2008《电能质量电力系统频率允许偏差》中我国电力系统频率偏移量允许值为±0.2hz的规定。

图5为根据本发明实施方式的基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制系统500的结构示意图。如图5所示，本发明的实施方式提供的基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制系统500，包括：分布式模型预测控制器建立单元501、控制框架建立单元502、优化模型建立单元503和校正单元504。

优选地，所述分布式模型预测控制器建立单元501，用于建立多时空尺度协调风电集群综合频率控制策略中的分层分布式模型预测控制h-dmpc控制器。

优选地，其中所述分布式模型预测控制器建立单元中的分层分布式模型预测控制h-dmpc控制器包括：三次调频控制器、二次调频控制器和一次调频控制器。

所述三次调频控制器为使风电参与三次调频的控制器，作用范围为全区传统agc电源和风电集群，启动时间为每15min，在agc运行备用和风电功率预测约束下优化15min内传统agc电源及风电集群的经济运行功率参考值，平抑15min级大幅度负荷波动。

所述二次调频控制器，为使风电参与二次调频的控制器，作用范围为分区传统agc电源和风电场，启动时间为每1min，在三次调频确定的经济运行基点的基础上进行分区二次调频来平抑1min级较大幅度负荷波动。

所述一次调频控制器，为使风电参与一次调频的控制器，作用范围为分类风电场，启动时间为每1min，通过虚拟下垂控制以风机降/升转速的方式使风场具有短暂调频的能力，实时平抑小幅值随机负荷波动。

优选地，所述控制框架建立单元502，用于建立风电集群在三次调频层、二次调频层及一次调频层的多时空尺度协调变粒度频率控制框架。

优选地，其中所述控制框架建立单元，建立风电集群在三次调频层、二次调频层及一次调频层的多时空尺度协调变粒度频率控制框架，包括：在每个控制层均设置预测模型、滚动优化和反馈校正环节，根据电网及风电集群实时运行状态，通过电网运行状态反馈及预测数据校正环节分别建立对三次调频层、二次调频层及一次调频层的反馈校正，形成闭环调频框架结构。

优选地，所述优化模型建立单元503，用于分别在三次调频层、二次调频层及一次调频层建立在空间尺度上逐层细化的滚动优化模型。

优选地，其中所述优化模型建立单元，分别在三次调频层、二次调频层及一次调频层建立在空间尺度上逐层细化的滚动优化模型，包括：

三次调频控制器建模模块，用于全区三次调频控制器建模，考虑系统网络拓扑结构，确定滚动优化目标函数为：

其中，t为优化时域，t＝4，λ1、λ2、λ3为目标函数各项的控制权重，且λ1+λ2+λ3＝1；ng为全区传统agc电源数量，nw为全区风电场数量，mgα(k)为时段k内传统agc电源α的发电成本，其中kf为燃料价格，atα、btα、ctα为耗量特性曲线参数，δpgα(k)为时段k内agc电源α有功出力调整量，mwβ(k)为时段k内风电场β的发电成本，mwβ(k)＝kwδpwβ(k)，其中kw为风电场单位出力调节成本，δpwβ(k)为时段k内风电场β有功出力调整量；z为从风电集群密集区域至负荷密集区域的联络线个数，为风电集群送出联络线γ的传输极限，ptie,γ(k)为时段k风电集群送出联络线γ的传输容量；ploss(k)为时段k全区系统网损；

二次调频控制器建模模块，用于分区二次调频控制器建模，考虑分区asfam模型，确定优化目标函数为：

其中，yi为输出序列，ηi为拉盖尔函数控制序列，qi和rli分别为由权系数构成的误差权对角阵和拉盖尔函数下控制权对角阵；

一次调频控制器建模模块，用于分类一次调频控制器建模，设置对分区风电场每1min参与一次调频过程的原则为：在不可预测的小幅值随机负荷增加时，风电场内风机通过降转速释放动能，短时快速增加风电场功率输出；在不可预测的小幅值随机负荷降低时，风电场内风机通过升转速储存动能，短时快速降低风电场功率输出。

优选地，所述校正单元504，用于在风电功率预测误差校正方面建立反馈校正环节，通过电网运行状态反馈和预测数据的反馈校正，实现综合频率控制的闭环运行。

优选地，其中所述校正单元，在风电功率预测误差校正方面，利用如下公式通过风电场过去第一预设时间阈值内的实际误差对预测模型进行校正：

其中，分别为校正前后的预测模型；h为误差校正矩阵；e为过去5min误差矩阵。

本发明的实施例的基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制系统500与本发明的另一个实施例的基于分层分布式模型预测控制的风电集群综合频率控制方法100相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。