一种负荷频率控制方法、装置、存储介质及计算机设备

本发明涉及一种负荷频率控制方法、装置、存储介质及计算机设备，属于电力系统可再生能源技术并网控制领域。

背景技术：

1、光热发电是一种把太阳能转换成热能再转换为电能的新型发电技术，一般配建有储能装置，可以将太阳能转换为热能后暂存于热罐中，使光热电站输出稳定的同时还拥有灵活的调节能力。光伏和光热发电均以太阳能作为一次能量来源，对建设地点和环境的要求相近，目前在许多新建项目中，光伏和光热电站已呈规模化联合开发与并网态势，且发展潜力巨大。

2、光伏、光热发电系统组成互补电站联合向电网供电，可以将能效高的光伏电站与可以大规模存储能量的光热电站相结合，充分利用光伏发电建设运行成本低、技术成熟以及光热发电可以灵活、高效储存能量的优势，提高项目经济效益，降低光伏发电系统时变性、随机性和波动性对电网的冲击，保证联合发电系统输出功率的稳定性。同时，光伏、光热电站联合开发运行可弥补光伏电站调节能力不足的缺陷，增强联合发电系统运行的灵活性。

3、目前的负荷频率控制方法往往通过agc(automatic generation control,自动发电量控制)计算系统频率偏差，得到ace(区域控制偏差，area control error)信号输入到pi控制器中，从而形成系统内参与lfc(负荷频率控制，load frequency control)调节机组的控制命令，实现频率的二次调节。针对含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统，传统的负荷频率控制方法无法适用。

技术实现思路

1、本发明提供了一种负荷频率控制方法、装置、存储介质及计算机设备，解决了背景技术中披露的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、根据获取的各时刻区域系统状态，采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号，采用优选控制信号进行区域系统负荷频率控制，直到区域系统负荷频率恢复至额定值；其中，区域系统为含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统；

4、采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号的过程包括：

5、根据上一时刻区域系统状态中的负荷频率和当前时刻区域系统状态中的负荷频率，确定区域系统所处的负荷频率控制阶段；

6、根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数；

7、根据整定系数矩阵后的空间状态方程模型、整定的输出期望、以及mpc控制器参数，以区域系统的预测输出与输出期望的差值最小为目标，获取当前时刻区域系统的优选控制信号。

8、区域系统的空间状态方程模型为：

9、

10、式中，x为区域系统的状态变量，为区域系统状态变量的导数，u为区域系统的控制变量，w为区域系统的扰动变量，y为区域系统的输出，c为待整定系数矩阵；

11、x＝[δf,δptie,δpa,δxtpu,1,...,δxtpu,m,...,δxpv-csp,1,...,δxpv-csp,n]t，δf为

12、区域系统偏差值，δptie为区域系统中联络线交换功率，δpa为区域系统中pi控制器输出增量，m和n分别为区域系统中火电机组和光伏-光热联合发电系统数量，δxtpu,1,...,δxtpu,m为第1～m台火电机组状态，δxpv-csp,1,...,δxpv-csp,n为第1～n个光伏-光热联合发电系统状态，上标t表示转置；

13、u＝[u1，1,…,u1,m,u2,1,u3,1,…,u2,n u3,n]t，u1，1,…,u1,m为1～m台火电机组的控制变量，u2，1,…,u2,n为1～n台光热发电子系统的控制变量，u3，1,…,u3,n为1～n台光伏发电子系统的控制变量；

14、δpl为区域系统的负荷扰动，n为互联电力系统模型中控制区域的数量，t1j为第j个控制区域与区域系统的同步转矩系数，δfj为第j个控制区域的频率偏差；

15、

16、a为非待整定的矩阵系数，d为区域系统中所有负荷的等效负荷阻尼常数，h为区域系统中所有发电机租惯性的等效惯性系数，参数kp、ki分别为区域系统中pi控制器的比例系数和积分系数，α为联络线系数，bias为偏差系数，k1,1为第1台火电机组的参与系数，k1,m为第m台火电机组的参与系数，tg,1、tt,1均为第1台火电机组发电机时间常数，tg,m、tt,m均为第m台火电机组发电机时间常数，kr,1为第1台火电机组原动机系数，kr,m为第m台火电机组原动机系数，k2,1为第1台光热发电子系统的参与系数，k2,n为第n台光热发电子系统的参与系数，tcg,1、tct,1、tcr,1均为第1台光热发电子系统时间常数，tcg,n、tct,n、tcr,n均为第n台光热发电子系统时间常数，kcr,1为第1台光热发电子系统原动机系数，kcr,n为第n台光热发电子系统原动机系数，tpv,1为第1台光伏发电子系统延迟时间常数，tpv,n为第n台光伏发电子系统延迟时间常数；

17、

18、b为非待整定的矩阵系数，rtpu,1为第1台火电机组的调节系数，rtpu,m为第m台火电机组的调节系数，rcsp,1为第1台光热发电子系统的调节系数，rcsp,n为第n台光热发电子系统的调节系数，rpv,1为第1台光伏发电子系统的调节系数，rpv,n为第n台光伏发电子系统的调节系数；

19、为非待整定的矩阵系数。

20、根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数，包括：

21、区域系统处于负荷频率变化阶段：

22、mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r设为0矩阵；

23、若负荷频率下降，则rs＝[r]；其中，cf为区域系统负荷频率对应的系数，rs为区域系统的输出期望值，r为常数；

24、若负荷频率上升，则

25、区域系统处于负荷频率恢复阶段：

26、mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r为αe；

27、若且负荷频率下降、且储能状态soet∈(soehigh,1]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,…,0,0,am,0,0,b1,c1,…,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＞am＞cn；其中，diag为对角矩阵，soehigh为储能状态的阈值，bn、am、cn均为c的系数；

28、若且负荷频率下降、且储能状态soet∈[soelow,soehigh]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,…,0,0,am,0,0,b1,c1,…,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＝am＞cn；其中，soelow为储能状态的阈值；

29、若且负荷频率下降、且储能状态soet∈[0,soelow)，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,…,0,0,am,0,0,b1,c1,…,0,0,bn,cn]、cf＞＞am＞bn＞cn；

30、若且负荷频率上升、且储能状态soet∈(soehigh,1]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,…,0,0,am,0,0,b1,c1,…,0,0,bn,cn]、cf＞＞am＞bn＞cn；

31、若且负荷频率上升、且储能状态soet∈[soelow,soehigh]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,…,0,0,am,0,0,b1,c1,…,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＝am＞cn；

32、若且负荷频率上升、且储能状态soet∈[0,soelow)，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,…,0,0,am,0,0,b1,c1,…,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＞am＞cn。

33、获取当前时刻区域系统的优选控制信号的目标函数为：

34、

35、约束条件为：

36、umin,j≤u(k+j-1)≤umax,j

37、xmin,j≤x(k+j-1)≤xmax,j

38、ymin,j≤y(k+j-1)≤ymax,j

39、式中，j(k)为目标函数，p为mpc控制器的预测区间和控制区间，q(j)、r(j)分别为k+j时刻mpc控制器的预测偏差和控制信号的权重矩阵，y(k+j∣k)、u(k+j∣k)分别为k时刻下预测的k+j时刻的区域系统状态和k时刻下的得到的k+j的区域系统控制信号，rs(k+j)为k+j时刻区域系统的输出期望值，u(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的控制信号，x(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的状态变量，y(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的输出，umin,j、umax,j分别为u(k+j-1)的下限和上限，xmin,j、xmax,j分别为x(k+j-1)的下限和上限，ymin,j、ymax,j分别为y(k+j-1)的下限和上限。

40、一种负荷频率控制装置，包括：

41、滚动模块，根据获取的各时刻区域系统状态，采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号，采用优选控制信号进行区域系统负荷频率控制，直到区域系统负荷频率恢复至额定值；其中，区域系统为含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统；

42、滚动模块中，采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号的过程包括：

43、根据上一时刻区域系统状态中的负荷频率和当前时刻区域系统状态中的负荷频率，确定区域系统所处的负荷频率控制阶段；

44、根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数；

45、根据整定系数矩阵后的空间状态方程模型、整定的输出期望、以及mpc控制器参数，以区域系统的预测输出与输出期望的差值最小为目标，获取当前时刻区域系统的优选控制信号。

46、滚动模块中区域系统的空间状态方程模型为：

47、

48、式中，x为区域系统的状态变量，为区域系统状态变量的导数，u为区域系统的控制变量，w为区域系统的扰动变量，y为区域系统的输出，c为待整定系数矩阵；

49、x＝[δf,δptie,δpa,δxtpu,1,...,δxtpu,m,...,δxpv-csp,1,...,δxpv-csp,n]t，δf为区域系统偏差值，δptie为区域系统中联络线交换功率，δpa为区域系统中pi控制器输出增量，m和n分别为区域系统中火电机组和光伏-光热联合发电系统数量，δxtpu,1,...,δxtpu,m为第1～m台火电机组状态，δxpv-csp,1,...,δxpv-csp,n为第1～n个光伏-光热联合发电系统状态，上标t表示转置；

50、u＝[u1，1,…,u1,m,u2,1,u3,1,…,u2,n u3,n]t，u1，1,…,u1,m为1～m台火电机组的控制变量，u2，1,…,u2,n为1～n台光热发电子系统的控制变量，u3，1,…,u3,n为1～n台光伏发电子系统的控制变量；

51、δpl为区域系统的负荷扰动，n为互联电力系统模型中控制区域的数量，t1j为第j个控制区域与区域系统的同步转矩系数，δfj为第j个控制区域的频率偏差；

52、

53、11a为非待整定的矩阵系数，d为区域系统中所有负荷的等效负荷阻尼常数，h为区域系统中所有发电机租惯性的等效惯性系数，参数kp、ki分别为区域系统中pi控制器的比例系数和积分系数，α为联络线系数，bias为偏差系数，k1,1为第1台火电机组的参与系数，k1,m为第m台火电机组的参与系数，tg,1、tt,1均为第1台火电机组发电机时间常数，tg,m、tt,m均为第m台火电机组发电机时间常数，kr,1为第1台火电机组原动机系数，kr,m为第m台火电机组原动机系数，k2,1为第1台光热发电子系统的参与系数，k2,n为第n台光热发电子系统的参与系数，tcg,1、tct,1、tcr,1均为第1台光热发电子系统时间常数，tcg,n、tct,n、tcr,n均为第n台光热发电子系统时间常数，kcr,1为第1台光热发电子系统原动机系数，kcr,n为第n台光热发电子系统原动机系数，tpv,1为第1台光伏发电子系统延迟时间常数，tpv,n为第n台光伏发电子系统延迟时间常数；

54、

55、b为非待整定的矩阵系数，rtpu,1为第1台火电机组的调节系数，rtpu,m为第m台火电机组的调节系数，rcsp,1为第1台光热发电子系统的调节系数，rcsp,n为第n台光热发电子系统的调节系数，rpv,1为第1台光伏发电子系统的调节系数，rpv,n为第n台光伏发电子系统的调节系数；

56、为非待整定的矩阵系数。

57、滚动模块中，根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数，包括：

58、区域系统处于负荷频率变化阶段：

59、mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r设为0矩阵；

60、若负荷频率下降，则rs＝[r]；其中，cf为区域系统负荷频率对应的系数，rs为区域系统的输出期望值，r为常数；

61、若负荷频率上升，则

62、区域系统处于负荷频率恢复阶段：

63、mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r为αe；

64、若且负荷频率下降、且储能状态soet∈(soehigh,1]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,…,0,0,am,0,0,b1,c1,…,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＞am＞cn；其中，diag为对角矩阵，soehigh为储能状态的阈值，bn、am、cn均为c的系数；

65、若且负荷频率下降、且储能状态soet∈[soelow,soehigh]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,…,0,0,am,0,0,b1,c1,…,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＝am＞cn；其中，soelow为储能状态的阈值；

66、若且负荷频率下降、且储能状态soet∈[0,soelow)，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,…,0,0,am,0,0,b1,c1,…,0,0,bn,cn]、cf＞＞am＞bn＞cn；

67、若且负荷频率上升、且储能状态soet∈(soehigh,1]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,…,0,0,am,0,0,b1,c1,…,0,0,bn,cn]、cf＞＞am＞bn＞cn；

68、若且负荷频率上升、且储能状态soet∈[soelow,soehigh]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,…,0,0,am,0,0,b1,c1,…,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＝am＞cn；

69、若且负荷频率上升、且储能状态soet∈[0,soelow)，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,…,0,0,am,0,0,b1,c1,…,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＞am＞cn。

70、滚动模块中，获取当前时刻区域系统的优选控制信号的目标函数为：

71、

72、约束条件为：

73、umin,j≤u(k+j-1)≤umax,j

74、xmin,j≤x(k+j-1)≤xmax,j

75、ymin,j≤y(k+j-1)≤ymax,j

76、式中，j(k)为目标函数，p为mpc控制器的预测区间和控制区间，q(j)、r(j)分别为k+j时刻mpc控制器的预测偏差和控制信号的权重矩阵，y(k+j∣k)、u(k+j∣k)分别为k时刻下预测的k+j时刻的区域系统状态和k时刻下的得到的k+j的区域系统控制信号，rs(k+j)为k+j时刻区域系统的输出期望值，u(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的控制信号，x(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的状态变量，y(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的输出，umin,j、umax,j分别为u(k+j-1)的下限和上限，xmin,j、xmax,j分别为x(k+j-1)的下限和上限，ymin,j、ymax,j分别为y(k+j-1)的下限和上限。

77、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行负荷频率控制方法。

78、一种计算机设备，包括一个或多个处理器、以及一个或多个存储器，一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行负荷频率控制方法的指令。

79、本发明所达到的有益效果：本发明根据区域系统当前时刻的负荷频率，确定区域系统所处的负荷频率控制阶段，结合光伏-光热联合发电系统的储能状态，对区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及mpc控制器参数进行整定，以区域系统的预测输出与输出期望的差值最小为目标，获取当前时刻区域系统的优选控制信号，通过滚动获取各时刻区域系统的优选控制信号，实现区域系统的负荷频率最优控制，相较于传统的负荷频率控制方法，更适用于含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统。