基于滑模控制的风柴混合电力系统负荷频率控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于滑模控制的风柴混合电力系统负荷频率控制方法，包括以下步骤：1)以风力发电子系统的输出功率作为柴油机子系统的控制输入，同时采用基于BP神经网络观测器的滑模控制方法控制柴油机子系统的输出功率，建立系统状态方程，并运用滑模控制器计算混合电力系统中柴油机子系统的控制输入u(t)；2)将步骤1)中通过滑模控制器计算得到的控制输入u2作为风力发电子系统的控制指令，根据该控制指令采用PID变桨距控制方法控制风力发电机的输出功率，优化整个混合电力系统的频率偏差。与现有技术相比，本发明具有控制精度高、有效改善电力系统负荷频率偏差等优点。
【专利说明】基于滑模控制的风柴混合电力系统负荷频率控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力系统负荷频率控制方法，尤其是涉及一种基于滑模控制的风 柴混合电力系统负荷频率控制方法。
【背景技术】
[0002]近些年来，火电等传统发电形式对环境的污染已经日益严重，而在传统能源迅速 耗尽的背景下，以风能、太阳能等为主要代表的新能源越来越被人们重视和研究。然而，新 能源资源丰富的地区一般都比较偏远，例如海岛的风力资源、新疆地区的太阳能资源均十 分丰富。偏远地区及孤立海岛由于交通的不便，大电网无法对其持续供电。这样，这些地区 也就更加具备大力开发利用新能源的条件了。然而，风速不是恒定的，风力发电机组的输出 机械功率是关于风速的立方与由受风力发电机组波动量影响的函数。所以风能的间歇性和 波动性也成为了其主要的缺陷。为了解决这一问题，风机常与柴油机组成风柴混合系统给 负荷供电，通过柴油机启动快，效率高的特点来迅速弥补风能不稳定的缺陷。电力系统的频 率是电能质量的重要指标之一，在电力系统的负荷频率控制(LFC)中，许多学者通过不同 的方法来优化频率偏差。
[0003]现有技术中有将经典的PID控制应用到调速系统的设计中，然而，对于复杂的非 线性和耦合性的电力系统来说，仅靠PID控制来调频完全是不够的，所以许多现代控制方 法已经得到了应用。风柴混合系统作为小型发电系统，其对频率质量的要求也非常的高， 所以当具有波动且较大渗透率的风电输出接入小型电力系统中，由于仅靠柴油机自身的调 节机制已无法使频率达到满意的效果，所以风柴混合小型电力系统仍需借助现代控制来 实现调频。文献“风机-柴油机混合系统的负荷频率控制，2011中国控制会议论文集”中 针对风柴混合电力系统的数学模型，设计了内模控制器来调节频率，但内模控制实际是对 PI控制的改进，所以系统中存在某些不确定参数项时，控制效果可能差。文献“Atsushi Yona, Hideomi Sekine, Chul-Hwan Kim, Output power control for large wind power penetration in small power system, Renewable Energy, 2OO9，，针对单域风柴混合电力 系统，通过模糊控制方法实现了以风电输出功率来调频，但这样必须缩小风电的渗透率，方 法虽然可行，但没有充分的利用新能源。文献“Toshiaki Kaneko, Akie Uehara, Atsushi Yona.Tomonobu Senjyu and Chul-Hwan Kim, A new control methodology of wind turbine generators for frequency control ofpower system in isolated island,Wind Energy.2011，，同样针对风柴混合电力系统模型，设计了最小阶状态观测器，并通过干扰观 测值与风速值得到风电输出指令，为了实现较好的效果，该方法同样要缩小风电渗透率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种控制精度高、有 效改善电力系统负荷频率偏差的基于滑模控制的风柴混合电力系统负荷频率控制方法。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:[0006]一种基于滑模控制的风柴混合电力系统负荷频率控制方法，所述的风柴混合电力系统包括风力发电子系统和柴油机子系统，所述的负荷频率控制方法包括以下步骤:
[0007]I)以风力发电子系统的输出功率作为柴油机子系统的控制输入，同时采用基于 BP神经网络观测器的滑模控制方法控制柴油机子系统的输出功率，建立如下系统状态方程，并运用滑模控制器计算混合电力系统中柴油机子系统的控制输入u (t):
[0008]其中，
【权利要求】
1.一种基于滑模控制的风柴混合电力系统负荷频率控制方法，所述的风柴混合电力系统包括风力发电子系统和柴油机子系统，其特征在于，所述的负荷频率控制方法包括以下步骤:1)以风力发电子系统的输出功率作为柴油机子系统的控制输入，同时采用基于BP神经网络观测器的滑模控制方法控制柴油机子系统的输出功率，建立如下系统状态方程，并运用滑模控制器计算混合电力系统中柴油机子系统的控制输入u(t):
2.根据权利要求1所述的一种基于滑模控制的风柴混合电力系统负荷频率控制方法， 其特征在于，所述的步骤I)中，基于BP神经网络观测器的滑模控制方法具体为:Ia)设计切换面S满足如方程:S = Cx, C为切换增益矩阵；Ib)采用趋近律方法设计滑模控制器，令:
3.根据权利要求2所述的一种基于滑模控制的风柴混合电力系统负荷频率控制方法，其特征在于，所述的BP神经网络观测器设计如下:设状态方程为
4.根据权利要求1所述的一种基于滑模控制的风柴混合电力系统负荷频率控制方法， 其特征在于，所述的步骤2)中，采用PID变桨距控制方法控制风力发电机的输出功率具体为:2a)计算发电机输出功率Pk与控制指令Prand的偏差APg=Pg-Prand, Pcmd = U2 ；2b)根据如下精确函数计算桨距角的变化量A ^:
【文档编号】H02J3/38GK103606939SQ201310626832
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】米阳, 韩云昊, 包晓炜 申请人:上海电力学院