智能电网环境下互联电网频率控制策略与方法研究

发布时间：2018-11-08 09:56

【摘要】：随着全球性现代电力网络的互联和智能化趋势，不但区域电网之间需要互联支援，电网本身也需要与新能源协调发展，而间歇式新能源的接入等新问题使电网本身的结构、运行和控制复杂化，对电网运行带来了新的挑战；另一方面，随着社会的发展，对智能电网环境的要求也越来越高，电网在稳定运行的前提下，应逐步具备经济性和环保性，这些发展需求中出现的新问题和综合性能要求的提高关键是通过电网频率控制来保障，因此研究对智能电网环境具有适应性的新型电网频率控制系统势在必行。在以上电力发展背景和新形势下，本文主要研究智能电网环境下现代互联电网频率控制机理，根据电网的互联和新能源接入的运行环境，以及智能电网的综合评价指标，从控制理论出发，将互联电网的频率控制系统作为大系统进行结构和性能分析，围绕电网层的频率最优控制算法策略展开，目的在于营造健康运行的智能电网，保证优质的电能质量，主要工作概括如下：首先，系统地提出了基于现代互联电网频率控制机理的智能电网环境下互联电网递阶双层多变量频率控制的结构，分层分析了电网层和多组群单元机组层控制机理，实现了将电网层控制作为频率控制的优化目标，将单元机组层控制作为等效对象的数学模型结构，展开智能电网频率控制的评价指标分析，进而建立了互联电网多区域多变量频率控制系统数学模型和性能评价计算模型，奠定了本文互联电网频率控制理论算法和仿真的研究基础。其次，提出了作为电网层控制输出的AGC（Automation Generator Control）指令在多组群机组层的优化分配原则和算法，建立基于快速性、经济性，且考虑环保性的多目标分配目标函数，通过智能算法实现可控的各AGC机组的优化分配值，再使用频率控制的CPS（Control Performance Standard）性能评价指标对其在机组调度阶段的合理性和经济性进行改进，针对智能电网的随机性，进一步提出基于Q学习方法的适应电网环境变化的机组间最优负荷分配策略和实施算法，并在互联电网多区域系统仿真平台进行AGC指令的优化分配算法仿真研究和验证，并取得了结论性的成果。再次，为适应智能电网与新能源的协调发展，针对电力系统负荷的随机特性，以及新能源并网后的间歇特性，提出了基于马尔科夫链修正的含间歇式电源的超短期负荷预测的合成算法，其中将间歇式电源作为负负荷处理，通过预测算法将未知负荷扰动和间歇式电源转换为可预报的负荷扰动，为电网频率的预测控制的研究设计奠定了理论基础，也为智能电网对间歇式电源并网接入的100%消纳提供了科学依据。最后，提出了取代常规二次调频PI控制器的互联电网多区域电网频率预测控制器的设计方法，采用避免对频率响应系数的依赖性的方法，建立状态预测模型、滚动优化性能指标以及带约束的预测控制数学模型，并将机组输出功率和其变化率作为约束条件，采用二次型QP问题来解决约束带来的非线性问题，求解得出最优控制律，即为区域的最优AGC指令序列，并进行系统稳定性和鲁棒性的分析，最终在互联电网多区域系统仿真平台上进行验证，，取得了显著的频率控制的优化结果。本次研究成果已经部分地在某电网公司进行实施，并逐步推广应用落实，随着电网容量和互联程度的增加，以及间歇式新能源的接入，本次的研究成果在互联电网频率质量优质控制上具有良好的应用前景，推动了电网技术的发展。
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【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM76

【参考文献】