考虑扰动的10kV风电系统负荷频率控制方法及装置与流程

本发明属于电力系统配电，尤其涉及一种考虑扰动的10kv风电系统负荷频率控制方法及装置。

背景技术：

1、随着环境保护与社会发展矛盾的加大，作为清洁能源的风能在电力系统能源的占比越来越高，风能因其不确定性，其广泛的应用会对电力系统的可靠性带来影响。与此同时，风机因所处严峻的自然环境内，其系统遭受的扰动是无法忽略的。通常需要分布式微电网为其提供一个有效的连接平台用以连接主网或就地消纳。为了能够使分布式风机的接入而不降低电网的稳定性，目前越来越多的负荷频率控制技术应运而生。

2、现有的负荷频率控制技术方案主要有基于二自由度的内部模型控制方法来解决带有参数不确定的负荷频率控制问题，基于h∞的负荷频率控制策略来实现多区域风电互联系统的频率一致。

3、现有的控制策略存在着以下的不足之处：

4、①忽略了实际系统其精确数学模型的构建是十分困难的，如果根据所构建的数学模型设计的控制策略必然也是影响控制性能的。

5、②随着可再生能源在当今能源占比的增长，负荷频率控制策略的设计要考虑系统非线性，不确定性以及扰动性，而现有控制策略忽略了这些要素。

6、③传统分布式控制方法会忽略控制的渐近性，即达到理想控制效果所需的时间往往是很长的，这对于电力系统的控制是不可取的。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种考虑扰动的10kv风电系统负荷频率控制方法及装置。解决了现有技术中因未知扰动而对系统造成的不良影响的问题。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

3、一种考虑扰动的10kv风电系统负荷频率控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1.对第i个区域风机系统进行数学建模；

5、步骤2.当系统遭受扰动时，建立第i个区域风电系统时域的非线性关系模型；

6、步骤3.将所建立的非线性关系模型利用伪偏导技术转换为动态线性化模型，获得第i个区域风电系统的动态线性化数据模型；

7、步骤4.根据等效的动态线性化数据模型，基于分布式无模型自适应迭代算法分别对第i个区域风电系统设计的自适应率与未知扰动差分的估计率进行计算；

8、步骤5.根据多区域互联受扰风电系统的通信拓扑结构，设计带有扰动补偿的分布式自适应负荷频率控制器，以实现负荷频率控制；

9、步骤6.根据系统均方稳定的充分条件，将分布式扰动补偿控制器作为输入信号，实现多区域受扰风电系统负荷频率协同控制。

10、更进一步的，所述对第i个区域风机系统进行数学建模，包括：

11、步骤1.1输入风机调速器时间常数tgi、风机时间常数tai，发电机转动惯量hi，频率偏差系数αi、发电机阻尼系数di和转速降ri；互联电力系统中子系统与其“邻居”子系统联络线同步系数为tij；

12、步骤1.2根据图1与步骤1.1建立第i个区域风机系统的的数学模型：

13、

14、

15、acei(s)＝biδfi(s)+δptie-i(s)    (3)

16、上式中，δfi(s)和δpdi(s)分别是第i个系统的频率和功率的偏差，δptie-i(s)是联络线的功率交换，acei(s)是δptie-i(s)和δfi(s)的结合，ui(s)是控制输入，s是拉普拉斯变换中的复频域，bi是第i个系统频率联络参数。

17、更进一步的，所述当系统遭受扰动时，建立第i个区域风电系统时域的非线性关系模型，如式：

18、

19、式中，mi(·)是非线性函数。ny，nu和nd定义为未知阶数，p为同一时刻的第p次迭代，k是时刻，di是第i个系统扰动，ui是第i个系统输入；

20、令vi＝δfi，vi是第i个系统频率变化，如下式：

21、vi(k+1,p)＝mi(vi(k,p),…,vi(k-ny,p),ui(k,p),…,ui(k-nu,p),di(k,p),…,di(k-nd,p))    (5)。

22、更进一步的，所述将所建立的非线性关系模型利用伪偏导技术转换为动态线性化模型，获得第i个区域风电系统的动态线性化数据模型，包括：

23、步骤3.1：将式(5)利用数学变化转化为如下所示：

24、

25、式中，为第i个系统频率对输入在第k时刻的偏导数，为输入变换量；

26、步骤3.2：利用微分中值定理，获得第i个区域风电系统动态线性数学模型：

27、

28、式中，和分别为第i个区域风电系统的输入与未知扰动输入对应的动态偏导数，为k时刻第p次迭代未知扰动估计的差分。

29、更进一步的，所述根据等效的动态线性化数据模型，基于分布式无模型自适应迭代算法分别对第i个区域风电系统设计的自适应率与未知扰动差分的估计率进行计算；

30、其中，第i个区域风电系统设计和的自适应率；未知扰动差分为

31、步骤4.1：第i个区域风电系统伪偏导参数更新率如下所示：

32、

33、

34、其中，βi、αi、τi和δi为可调权重参数，为第i个系统的未知扰动输入在p-1次迭代的动态偏导数，为k时刻第p-1次迭代未知扰动估计的差分，为k时刻第p-1次迭代未知扰动估计的差分的平方，为第i个系统的输入在p-1次迭代的动态偏导数，δui(k，p-1)为k时刻第p-1次迭代输入的差分；

35、步骤4.2：第i个区域风电系统遭受的未知扰动差分的估计率为：

36、

37、其中，γi和νi为可调自适应参数。

38、更进一步的，所述根据多区域互联受扰风电系统的通信拓扑结构，设计带有扰动补偿的分布式自适应负荷频率控制器，以实现负荷频率控制，包括：

39、步骤5.1假定有n个分布式风电系统，依次给每个风电系统编号1，2，…，n；

40、步骤5.2确定分布式风电系统拓扑结构，如果第i个子系统可以接收第j个子系统的信息，则子系统j叫做子系统i的邻居，如果子系统j是子系统i的邻居，则存在连接权重aij＝1，否则aij＝0；定义邻接矩阵a＝{aij}；定义矩阵din＝diag{din1,din2,…,dinn},其中定义拉普拉斯矩阵l＝din-a；定义vd(k+1)为互联系统理想输出频率偏差，如果理想输出频率偏差与第i个风电系统有连接则oi＝1,否则oi＝0；

41、步骤5.3根据互联风电系统的通信拓扑结构与建立的拉普拉斯矩阵l，设计出第i个风电系统基于分布式无模型自适应迭代算法的带有扰动补偿的负荷频率控制器为：

42、

43、

44、其中，ηi和ωi为控制器参数，(ξi(k+1，p-1)为第i个系统k+1时刻时第p-1次迭代的带扰动补偿的输入量,ξi(k，p)为第i个系统k时刻时第p次迭代的带扰动补偿的输入量，oi为i系统与领导者的联接权重，即如果第i个子系统与领导者相连，则oi＝1，反之oi＝0，θi为第i个系统的连接系数,

45、更进一步的，所述根据系统均方稳定的充分条件，将分布式扰动补偿控制器式(11)作为输入信号，实现多区域受扰风电系统负荷频率协同控制。

46、考虑扰动的10kv风电系统负荷频率控制装置，包括：

47、建模模块，用于对第i个区域风机系统进行数学建模；

48、非线性转换模块，用于将遭受扰动的风机系统的模型进行非线性转换；

49、模型转换模块，用于将建立的非线性关系模型利用伪偏导技术转换为动态线性化模型，获得第i个区域风电系统的动态线性化数据模型；

50、自适应计算模块，用于根据等效的动态线性化数据模型，基于分布式无模型自适应迭代算法分别对第i个区域风电系统设计和的自适应率与未知扰动差分的估计率；

51、控制器模块，用于根据多区域互联受扰风电系统的通信拓扑结构，设计带有扰动补偿的分布式自适应负荷频率控制器，以实现负荷频率控制；

52、输入模块，用于根据系统均方稳定的充分条件，将分布式扰动补偿控制器作为输入信号，实现多区域受扰风电系统负荷频率协同控制。

53、一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一所述的考虑扰动的10kv风电系统负荷频率控制方法的步骤。

54、一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一所述的考虑扰动的10kv风电系统负荷频率控制方法的步骤。

55、本发明具有以下有益效果及优点：

56、本发明在多区域风电互联系统遭受扰动情况下基于分布式无模型自适应迭代算法的负荷频率控制方法，针对此情形设计了具有传感器模块、扰动补偿模块，控制器模块的补偿未知扰动的系统模型。与传统的控制方法相比，解决了因未知扰动而对系统造成的不良影响。为了便于对多区域风电互联系统中每个子系统进行负荷频率控制，利用多智能体控制算法实现对每个子系统的负荷频率协同控制，更加贴合电网的实际工况需求，实现令人满意的控制效果。