一种基于模型预测控制的风电场AGC控制方法与流程

一种基于模型预测控制的风电场agc控制方法
技术领域
1.本发明涉及一种风电场自动发电控制策略，特别是涉及一种基于模型预测控制的风电场自动发电控制方法


背景技术：

2.风电集群大规模接入电网加大了自动发电控制(automatic generation control，agc)系统的复杂程度。目前风电场机组的有功出力控制往往采用比较简单的pi控制器，但是风电场是一个非线性，多变量耦合的系统，而且风电场入网规模日渐扩大、出力具有波动性、不确定性等特点，因此简单的pi控制器不能满足系统的频率稳定性要求而且有功功率跟踪精度低。


技术实现要素：

3.本发明针对风电并网规模不断增大容易导致电力系统频率质量下降等问题，根据风电场出力的随机性、强耦合、难调控等特点，提出基于模型预测控制的风电场agc控制策略，旨在通过基于模型预测控制的agc控制策略，协调风电场内多个风电机组的统一参与有功功率控制，保障风电机组和电网的频率稳定和经济效益。
4.一种基于模型预测控制的风电场agc控制系统，包括电网调控中心、风电场自动发电控制模块、风电场机组，其特征在于：风电场自动发电控制模块包括，模型预测单元、滚动优化单元；电网调控中心给定风电场参考功率输入风电场自动发电控制模块，并输出分配有功控制指令给风电场的风电机组；风电场自动发电控制模块通过模型预测、滚动优化的方式，输出分配有功控制指令，控制风电场机组的出力完成。
5.本发明的技术方案的优点：
6.本发明通过基于模型预测控制的自动发电控制策略，协调风电场内多个风电机组的统一参与有功功率控制，解决了风电大量无序并网导致的电网频率质量下降等问题，保障风电场机组和配电网的频率安全和经济效益。
附图说明
7.图1风电场agc控制系统示意图
具体实施方式
8.下面结合附图对本发明作进一步描述，应当理解，此处所描述的内容仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
9.如图1所示，基于模型预测控制的风电场agc控制系统
10.电网调控中心给定风电场参考功率，风电场自动发电控制模块通过模型预测、滚动优化、反馈校正的方式，输出分配有功控制指令，控制风电场机组的出力完成，旨在通过滚动优化、反馈校正等方法实现控制系统更好的控制效果和鲁棒性，在满足风电机组自身
约束条件下，实现电网频率的稳定和综合经济效益的最大化。
11.风电场自动发电控制模块包括，模型预测单元、滚动优化单元、反馈校正单元。电网调控中心给定风电场参考功率输入风电场自动发电控制模块，并输出分配有功控制指令给风电场的风电机组。反馈校正单元接收风电机组的反馈数据，并输出修正数据给滚动优化单元。
12.模型预测单元中设有预测模型，用于预测风电场功率，选用长短期记忆网络作为预测模型用于输出风电功率预测序列。于是，预测模型定义为：
[0013][0014]
其中，为风电场i组机组在(k+1)时刻的功率预测序列，f(
·
)表示长短期记忆神经网络模型，表示在第(k-m+1)时刻的历史风电功率数据，g为预测功率信息所需要的环境数据。
[0015]
滚动优化过程，
[0016]
风电场的控制目标为保证风电场的有功功率跟踪精度，即在一定时间内风电场的输出功率和电网调控中心下发的风电参考功率之间的差值尽快的趋于零，即：
[0017][0018][0019][0020]
其中，j表示优化目标函数，t表示总调度周期，i表示风电机组的总数量，和分别表示风电机组i的预测发电功率和风电场的参考功率，j1和j2为两个权重参数，通过专家打分法确定，为t时刻机组i的实际输出功率，为机组i的分配的有功控制指令，resk表示第k个周期的响应时间，表示风电机组i的爬坡速率。
[0021]
风电场有功输出约束：
[0022][0023]
其中，p
w,i
和分别表示风电机组i的有功出力上下限，为风电场机组i在t时刻的功率预测值，即为有功出力动态上限值，ui(t)∈[0,1]为状态变量，其取值为1时表示风电机组i可以参与有功出力，为0则表示不能参与出力。
[0024]
风电机组爬坡速率约束:
[0025][0026]
其中，δp
w,i
和分别表示风电机组i的爬坡速率允许下限和上限。
[0027]
响应时间约束：
[0028]
0《resk≤t
k (7)
[0029]
tk表示第k个调度周期的时间。
[0030]
反馈校正过程，
[0031]
预测模型的输出值存在误差，因此需要利用k+1时刻的预测值和k+1的输出值的误差进行误差校正，误差表示为：
[0032][0033]
最后通过err(k+1)对(k+2)时刻的预测值进行校正，校正过程表示为：
[0034][0035]
其中，为修正后的预测值代替初始预测值用于后续的滚动优化过程，h可通过经验法确定。
[0036]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种基于模型预测控制的风电场agc控制系统，包括电网调控中心、风电场自动发电控制模块、风电场机组，其特征在于：风电场自动发电控制模块包括，模型预测单元、滚动优化单元；电网调控中心给定风电场参考功率输入风电场自动发电控制模块，并输出分配有功控制指令给风电场的风电机组；风电场自动发电控制模块通过模型预测、滚动优化的方式，输出分配有功控制指令，控制风电场机组的出力完成。2.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的风电场agc控制系统，其特征在于，风电场自动发电控制模块还包括，反馈校正单元；反馈校正单元接收风电机组的反馈数据，并输出修正数据给滚动优化单元。3.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的风电场agc控制系统，其特征在于，模型预测单元中设有预测模型，用于预测风电场功率，选用长短期记忆网络作为预测模型用于输出风电功率预测序列；预测模型定义为：其中，为风电场i组机组在(k+1)时刻的功率预测序列，f(
·
)表示长短期记忆神经网络模型，表示在第(k-m+1)时刻的历史风电功率数据，g为预测功率信息所需要的环境数据。4.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的风电场agc控制系统，其特征在于，滚动优化单元进行滚动优化过程，风电场的控制目标为保证风电场的有功功率跟踪精度，即在一定时间内风电场的输出功率和电网调控中心下发的风电参考功率之间的差值尽快的趋于零，即：考功率之间的差值尽快的趋于零，即：考功率之间的差值尽快的趋于零，即：其中，j表示优化目标函数，t表示总调度周期，i表示风电机组的总数量，和分别表示风电机组i的预测发电功率和风电场的参考功率，j1和j2为两个权重参数，通过专家打分法确定，为t时刻机组i的实际输出功率，为机组i的分配的有功控制指令，res
k
表示第k个周期的响应时间，表示风电机组i的爬坡速率；风电场有功输出约束：其中，p
w,i
和分别表示风电机组i的有功出力上下限，为风电场机组i在t时刻的功率预测值，即为有功出力动态上限值，u
i
(t)∈[0,1]为状态变量，其取值为1时表示风电机组i可以参与有功出力，为0则表示不能参与出力；
风电机组爬坡速率约束:其中，δp
w,i
和分别表示风电机组i的爬坡速率允许下限和上限。响应时间约束：0<res
k
≤t
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)t
k
表示第k个调度周期的时间。5.根据权利要求2所述的基于模型预测控制的风电场agc控制系统，其特征在于，反馈校正单元进行反馈校正过程，预测模型的输出值存在误差，因此需要利用k+1时刻的预测值和k+1的输出值的误差进行误差校正，误差表示为：最后通过err(k+1)对(k+2)时刻的预测值进行校正，校正过程表示为：其中，为修正后的预测值代替初始预测值用于后续的滚动优化过程，h可通过经验法确定。

技术总结
一种基于模型预测控制的风电场AGC控制系统，包括电网调控中心、风电场自动发电控制模块、风电场机组，其特征在于：风电场自动发电控制模块包括，模型预测单元、滚动优化单元；电网调控中心给定风电场参考功率输入风电场自动发电控制模块，并输出分配有功控制指令给风电场的风电机组；风电场自动发电控制模块通过模型预测、滚动优化的方式，输出分配有功控制指令，控制风电场机组的出力完成；通过基于模型预测控制的自动发电控制策略，协调风电场内多个风电机组的统一参与有功功率控制，解决了风电大量无序并网导致的电网频率质量下降等问题，保障风电场机组和配电网的频率安全和经济效益。效益。效益。


技术研发人员：李国庆 林昇 张伟 王介昌 王建国 徐峰 冯笑丹 杜洋 刘扬 陈卓 韩健
受保护的技术使用者：北京华能新锐控制技术有限公司
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/4/12