一種多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法,包括三個(gè)子電力系統(tǒng)，每一所述子電力系統(tǒng)均包括渦輪機(jī)與電池，且第一區(qū)域子電力系統(tǒng)采用非再熱型汽輪機(jī)，所述第二、第三子電力系統(tǒng)采用再熱型汽輪機(jī)。利用滑?？刂品椒▋?yōu)化頻率控制，滑?？刂剖堑湫偷姆蔷€性控制，其對(duì)每個(gè)區(qū)域整體建模并分散控制，響應(yīng)速度快，具有良好的魯棒性；其次，利用儲(chǔ)能模塊的平滑輸出功率，最終減小系統(tǒng)的頻率偏差。
【專利說明】
一種多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于多域互聯(lián)電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多域新能源 互聯(lián)電力系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)力發(fā)電大范圍投入應(yīng)用，其對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制的影響引起了廣泛關(guān) 注。在高滲透率風(fēng)力發(fā)電的互聯(lián)電力系統(tǒng)中，風(fēng)能的波動(dòng)性造成系統(tǒng)功率供需不平衡，系統(tǒng) 頻率出現(xiàn)偏差，嚴(yán)重時(shí)甚至造成系統(tǒng)崩潰。因此，在含有風(fēng)力發(fā)電的互聯(lián)電力系統(tǒng)中，其頻 率控制相比于傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)頻率控制更具有挑戰(zhàn)性。
[0003 ]系統(tǒng)負(fù)荷頻率控制(LFC)對(duì)發(fā)電機(jī)組的控制量一般由經(jīng)濟(jì)調(diào)度分量和區(qū)域控制偏 差(ACE)調(diào)節(jié)分量兩種分量組成。大部分研究是將風(fēng)能作為系統(tǒng)的干擾源，風(fēng)力發(fā)電未參與 系統(tǒng)頻率控制。但是隨著風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，它對(duì)系統(tǒng)頻率和電壓的穩(wěn)定 具有重要影響與作用，使風(fēng)電系統(tǒng)參與整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的頻率控制和電壓調(diào)節(jié)以及自動(dòng)發(fā)電 控制(AGC)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度環(huán)節(jié)。經(jīng)濟(jì)調(diào)度根據(jù)給定的負(fù)荷水平，安排最經(jīng)濟(jì)的發(fā)電調(diào)度方案， 將風(fēng)能進(jìn)行科學(xué)調(diào)度利于電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
[0004] 傳統(tǒng)的LFC控制通常適合在固定的運(yùn)行工作點(diǎn)，隨著電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，傳統(tǒng) 發(fā)電系統(tǒng)與新型發(fā)電系統(tǒng)的合并，大量的非線性和不確定環(huán)節(jié)的加入，使傳統(tǒng)的PID控制器 在控制性能上很難同時(shí)滿足跟蹤速度與抑制擾動(dòng)或系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)變化，難以實(shí)現(xiàn)控制目 標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種能減小由于風(fēng)能波動(dòng)而引起的系統(tǒng) 頻率偏差的多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。
[0006] 本發(fā)明第一方面提供一種多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)，包括發(fā)電設(shè)備、具有非再熱 型汽輪機(jī)的發(fā)電單元、具有再熱型汽輪機(jī)的發(fā)電單元、儲(chǔ)能模塊及滑?？刂破鳌?br>[0007] 所述發(fā)電設(shè)備包括風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組包括調(diào)速器、渦 輪機(jī)、旋轉(zhuǎn)設(shè)備及負(fù)荷和負(fù)荷頻率控制單元;風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組包括液壓伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)矩系 統(tǒng)與槳距角控制模塊。
[0008] 所述液壓伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)和槳距角控制模塊通過液力偶合器連接于所述傳統(tǒng)發(fā)電 機(jī)組的端部。所述液力偶合器能夠有效的改善傳動(dòng)品質(zhì)和電機(jī)的起動(dòng)性能，可柔和帶動(dòng)大 慣量的設(shè)備起動(dòng)，起到節(jié)能環(huán)保、防止電機(jī)功率浪費(fèi)。多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，協(xié)調(diào)多機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)負(fù) 載的平均分配，保證風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組實(shí)時(shí)互動(dòng)的調(diào)頻。
[0009] 進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)能模塊包括電池和變換器，所述變換器包括控制策略單元、12脈 沖橋式逆變器和變壓器。
[0010]進(jìn)一步地，所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)包括三個(gè)子電力系統(tǒng)，每一所述子電力 系統(tǒng)均包括渦輪機(jī)與電池，且第一區(qū)域子電力系統(tǒng)采用非再熱型汽輪機(jī)，所述第二、第三子 電力系統(tǒng)采用再熱型汽輪機(jī)。
[0011] 本發(fā)明第二方面提供一種多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：
[0012] S1、構(gòu)建所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：
[0013]
[0014] 其中：i表示第i個(gè)區(qū)域41、81、？1是電力系統(tǒng)參數(shù)，1!1(〇為滑?？刂破鞯臄?shù)學(xué)模 型，AP d(t)表示負(fù)荷擾動(dòng)；
[0015] S2、構(gòu)建包含系統(tǒng)參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)的所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的數(shù) 學(xué)模型
[0016]
[0017]其中：六厶^六8^六？1是電力系統(tǒng)參數(shù)的變化；
[0018] S3、將系統(tǒng)參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)集結(jié)成一項(xiàng)，BP :
[0019] 8i(〇 = M-xi(〇 + ^,1//(0 + (Fi + (〇 ^
[0020] 再構(gòu)建所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：
[0021]
[0022] S4、設(shè)計(jì)滑?？刂破鳎?br>[0023]當(dāng)系統(tǒng)中的參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)滿足匹配條件時(shí)，8化1(〇=8/說/1(〇，其中 F'，所設(shè)計(jì)的滑?？刂破鳚M足：
[0024] ti, (〇 = Κμ, - (GfBj )_1 \\G,· || ||c, || ||.t, (〇|sgn(a,·(f)) -dj - )_I^ sgn(^· (〇)
[0025] 當(dāng)系統(tǒng)中的參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)不滿足匹配條件時(shí)，所設(shè)計(jì)的滑?？刂破鳚M 足：
[0026]
[0027] 其中圳=是符號(hào)函數(shù)，巧=瓜3叉|轉(zhuǎn)/ = 1,"%#}，|4/辦）||彡山，|^(七）||彡比。
[0028] 進(jìn)一步地，所述步驟S1還包括針對(duì)采用非再熱型汽輪機(jī)的所述第一區(qū)域子電力系 統(tǒng)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型：
[0029] xi(t) = [ Δ fi(t), A pgi(t) , A xgi(t), Δ Ei(t), Δ 5i(t), Δ fn(t) , Δ Xu , Δ Xi2, Δ Xi3, ΔΧι4]τ,
[0030] 其中：
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035] A<5j(/) = ΙπΑ^Ο),
[0036] 且：Af(t)為頻率偏差，APg(t)為發(fā)電機(jī)輸出功率偏差，AXg(t)為調(diào)節(jié)閥位置偏 差，Δ δ(1：)為轉(zhuǎn)子角度偏差。
[0037] 進(jìn)一步地，所述步驟S1還包括針對(duì)采用再熱型汽輪機(jī)的所述第一區(qū)域子電力系統(tǒng) 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型：
[0038] X2(t) = [ Δ f2(t)，Δ pg2(t)，Δ xg2(t)，Δ E2(t)，Δ δ2(?)，Δ fT2(t)，Δ Χ21，Δ Χ22，Δ X23，Δ X24]T，
[0039] 其中：
[0045] Αδ2(? = 2πΑ/2(?) 〇
[0046] 進(jìn)一步地，所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法還包括針對(duì)渦輪機(jī)建立數(shù)學(xué) 模型：

[0054] AfT(t)為渦輪機(jī)頻率偏差，KIC為耦合增益，cti為變換器的觸發(fā)角，ΚΡ為電力系統(tǒng)增 益，Τ Ρ為電力系統(tǒng)時(shí)間長常數(shù)，KP1為槳距控制增益。
[0055] 優(yōu)選地，所述滑?？刂破餍铦M足切換面設(shè)計(jì)，取切換面函數(shù)為：
[0056]
[0057] 根據(jù)滑模控制原理取4^，可得等效控制：
[0058]
[0059] 基于上述技術(shù)方案的公開，本發(fā)明提供的所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)及其設(shè)計(jì) 方法利用滑?？刂品椒▋?yōu)化頻率控制，滑?？刂剖堑湫偷姆蔷€性控制，其對(duì)每個(gè)區(qū)域整體 建模并分散控制，響應(yīng)速度快，具有良好的魯棒性;其次，利用儲(chǔ)能模塊的平滑輸出功率，最 終減小系統(tǒng)的頻率偏差。
【附圖說明】
[0060] 圖1為本發(fā)明提供的一種多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0061] 圖2為第一區(qū)域子電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程；
[0062]圖3為第二區(qū)域子電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程；
[0063]圖4為儲(chǔ)能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0064]圖5為儲(chǔ)能模塊的等效電路圖；
[0065]圖6為等量微增儲(chǔ)能模塊的模型；
[0066] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中不確定項(xiàng)匹配時(shí)不采用滑?？刂破骺刂频腁fi(t)響應(yīng)示 意圖；
[0067] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例1中不確定項(xiàng)匹配時(shí)不采用滑?？刂破骺刂频腁Ptlel(t)響應(yīng) 示意圖；
[0068]圖9為本發(fā)明實(shí)施例1中不確定項(xiàng)匹配時(shí)不采用滑?？刂破骺刂频腁PGWi(t)響應(yīng) 示意圖；
[0069] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例1中不確定項(xiàng)匹配時(shí)采用滑?？刂破骺刂频腁fi(t)響應(yīng)示 意圖；
[0070] 圖11為本發(fā)明實(shí)施例1中不確定項(xiàng)匹配時(shí)采用滑模控制器控制的APtlel(t)響應(yīng) 示意圖；
[0071] 圖12為本發(fā)明實(shí)施例1中不確定項(xiàng)匹配時(shí)采用滑?？刂破骺刂频腁PGWl(t)響應(yīng)示 意圖；
[0072] 圖13為第一區(qū)域分別采用PID控制和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频摩?fKt)響應(yīng)示 意圖；
[0073] 圖14為第二區(qū)域分別采用PID控制和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频腁f2(t)響應(yīng)示 意圖；
[0074]圖15為第三區(qū)域分別采用PID控制和所構(gòu)造的滑模控制器控制的Af3(t)響應(yīng)示 意圖；
[0075] 圖16為第一區(qū)域分別采用PID控制和所構(gòu)造的滑模控制器控制的APtle3l(t)響應(yīng) 示意圖；
[0076] 圖17為第二區(qū)域分別采用PID控制和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频腁Ptle32(t)響應(yīng) 示意圖；
[0077]圖18為第三區(qū)域分別采用PID控制和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频腁Ptle3(t)響應(yīng) 示意圖；
[0078]圖19為第一區(qū)域分別采用PID控制和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频腁Pcwl(t)響應(yīng)示 意圖；
[0079]圖20為第二區(qū)域分別采用PID控制和所構(gòu)造的滑模控制器控制的Δ PGW2(t)響應(yīng)示 意圖；
[0080]圖21為第三區(qū)域分別采用PID控制和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频摩?PGW3(t)響應(yīng)示 意圖；
[0081]圖22為切換函數(shù)0!(!：)的響應(yīng)示意圖；
[0082]圖23為所構(gòu)造的滑?？刂破鬏敵鰉(t)的響應(yīng)示意圖；
[0083]圖24為切換函數(shù)〇2(t)的響應(yīng)示意圖；
[0084]圖25為所構(gòu)造的滑?？刂破鬏敵鰑2(t)的響應(yīng)示意圖；
[0085]圖26為切換函數(shù)〇3(t)的響應(yīng)示意圖；
[0086]圖27為所構(gòu)造的滑?？刂破鬏敵鰑3(t)的響應(yīng)示意圖；
[0087]圖28為考慮GRC的非線性渦輪機(jī)示意圖；
[0088]圖29為三域均采用所構(gòu)造的滑?？刂破鞯腁fKt)響應(yīng)示意圖；
[0089]圖30為三域均采用所構(gòu)造的滑?？刂破鞯腁Ptlel(t)響應(yīng)示意圖；
[0090]圖31為三域均采用所構(gòu)造的滑?？刂破鞯摩?PGWl(t)響應(yīng)示意圖；
[0091]圖32為第一區(qū)域分別采用MSS和所構(gòu)造的滑模控制器控制的AfKt)響應(yīng)示意 圖；
[0092]圖33為第二區(qū)域分別采用MSS和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频腁f2(t)響應(yīng)示意 圖；
[0093]圖34為第三區(qū)域分別采用MSS和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频腁f3(t)響應(yīng)示意 圖；
[0094]圖35為第一區(qū)域分別采用BESS和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频腁Ptlel(t)響應(yīng)示意 圖；
[0095]圖36為第二區(qū)域分別采用BESS和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频腁Ptle2(t)響應(yīng)示意 圖；
[0096]圖37為第三區(qū)域分別采用BESS和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频摩?Ptle3(t)響應(yīng)示意 圖；
[0097]圖38為第一區(qū)域分別采用BESS和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频腁PGW1(t)響應(yīng)示意 圖；
[0098]圖39為第二區(qū)域分別采用BESS和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频腁PGW2(t)響應(yīng)示意 圖；
[0099]圖40第三區(qū)域分別采用BESS和所構(gòu)造的滑?？刂破骺刂频摩?PGW3(t)響應(yīng)示意圖； [0100]圖41為本發(fā)明提供的所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)以及變量描述。
【具體實(shí)施方式】
[0101]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳述。
[0102] 請(qǐng)參閱圖1至圖3,本發(fā)明提供一種多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)，包括發(fā)電設(shè)備、具有 非再熱型汽輪機(jī)的發(fā)電單元、具有再熱型汽輪機(jī)的發(fā)電單元、儲(chǔ)能模塊及滑模控制器3。所 述發(fā)電設(shè)備包括風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組2與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組1，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組1包括調(diào)速器11、渦輪機(jī) 12、旋轉(zhuǎn)設(shè)備及負(fù)荷13和負(fù)荷頻率控制單元;風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組2包括液壓伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)矩 系統(tǒng)與槳距角控制模塊21。
[0103] 所述液壓伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)和槳距角控制模塊21通過液力偶合器4連接于所述傳統(tǒng)發(fā) 電機(jī)組1的端部。所述液力偶合器4能夠有效的改善傳動(dòng)品質(zhì)和電機(jī)的起動(dòng)性能，可柔和帶 動(dòng)大慣量的設(shè)備起動(dòng)，起到節(jié)能環(huán)保、防止電機(jī)功率浪費(fèi)。多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，協(xié)調(diào)多機(jī)驅(qū)動(dòng) 時(shí)負(fù)載的平均分配，保證風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組實(shí)時(shí)互動(dòng)的調(diào)頻。
[0104] 請(qǐng)參照?qǐng)D1，所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)包括三個(gè)子電力系統(tǒng)，每一所述子電力 系統(tǒng)均包括渦輪機(jī)與電池，且第一區(qū)域子電力系統(tǒng)采用非再熱型汽輪機(jī)，所述第二區(qū)域、第 三區(qū)域子電力系統(tǒng)采用再熱型汽輪機(jī)。所述第一區(qū)域子電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程請(qǐng)參照?qǐng)D2,所 述第二區(qū)域子電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程請(qǐng)參照?qǐng)D3。
[0105] 請(qǐng)參照?qǐng)D4及圖5,所述儲(chǔ)能模塊包括電池和變換器，所述變換器包括控制策略單 元、12脈沖橋式逆變器和變壓器。
[0106] 基于上述的一種多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)方法主要包括以下步驟：
[0107] S1、構(gòu)建所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：
[0108] 尸
[0109] 其中：i表示第i個(gè)區(qū)域41、81、？1是電力系統(tǒng)參數(shù)，111(〇為滑模控制器的數(shù)學(xué)模 型，AP d(t)表示負(fù)荷擾動(dòng)；
[0110] S2、構(gòu)建包含系統(tǒng)參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)的所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的數(shù) 學(xué)模型
[0111]
[0112] 其中：八六^八8^&?1是電力系統(tǒng)參數(shù)的變化；
[0113] S3、將系統(tǒng)參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)集結(jié)成一項(xiàng)，BP :
[0114]
[0115] 再構(gòu)建所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：
[0116]
[0117] S4、設(shè)計(jì)滑模控制器：
[0118]當(dāng)系統(tǒng)中的參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)滿足匹配條件時(shí)，8化1(〇=8/說/1(〇，其中 € ，所設(shè)計(jì)的滑模控制器滿足：
[0119] M/ (0 = - {GjB- y1 ||G; I ||r;. I ||.Τ,. (/)j|sgn(a; (/)) -d^ (G^ fl sgn(^· (〇)
[0120] 當(dāng)系統(tǒng)中的參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)不滿足匹配條件時(shí)，所設(shè)計(jì)的滑?？刂破鳚M 足：
[0121]
[0122]
[0123] 所述步驟S1還包括針對(duì)采用非再熱型汽輪機(jī)的所述第一區(qū)域子電力系統(tǒng)構(gòu)建數(shù) 學(xué)模型：
[0124] xi(t) = [ Δ fi(t), A pgi(t) , A xgi(t), Δ Ei(t), Δ 5i(t), Δ fn(t) , Δ Xu , Δ Xi2, Δ Xi3, ΔΧι4]τ,
[0125] 其中：
[0130] Δ<5,(〇 = 2λγΔ/,(〇 ，且：
[0131] Af(t)為頻率偏差，APg(t)為發(fā)電機(jī)輸出功率偏差，AXg(t)為調(diào)節(jié)閥位置偏差， Δ δ(1：)為轉(zhuǎn)子角度偏差。
[0132] 所述步驟S1還包括針對(duì)采用再熱型汽輪機(jī)的所述第一區(qū)域子電力系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)學(xué) 模型：
[0133] X2(t) = [ Δ f2(t)，Δ pg2(t)，Δ xg2(t)，Δ E2(t)，Δ δ2(?)，Δ fT2(t)，Δ Χ21，Δ Χ22，Δ X23，Δ X24]T，
[0134] 其中：
[0140] Δδ2 (r) = 2πΑ/2(? 〇
[0141 ]所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法還包括針對(duì)渦輪機(jī)建立數(shù)學(xué)模型：
[0149] AfT(t)為渦輪機(jī)頻率偏差，KIG為耦合增益，cti為變換器的觸發(fā)角，ΚΡ為電力系統(tǒng)增 益，Τ Ρ為電力系統(tǒng)時(shí)間長常數(shù)，KP1為槳距控制增益。
[0150] 所述滑?？刂破餍铦M足切換面設(shè)計(jì)，取切換面函數(shù)為：
[0151] crf(4=(??(〇-laQ：(4' -Β?κ^^τ m
[0152] 根據(jù)滑?？刂圃砣∑撷??:，可得等效控制：
[0153]
[0154] 本發(fā)明中將通過仿真結(jié)果來驗(yàn)證所提出的控制策略的有效性。通過兩種情況來對(duì) 比本發(fā)明提出的方法和傳統(tǒng)方法的效果。
[0155] 實(shí)施例1
[0156] 本實(shí)施例中，系統(tǒng)中的參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)滿足匹配條件，仿真結(jié)果表示了 不采用滑?？刂破鞯目刂坪筒捎没？刂破鞯目刂疲⊿MC)時(shí)各項(xiàng)仿真結(jié)果。其中，圖4是不 確定項(xiàng)匹配時(shí)不采用滑模控制器的控制的A fKt)響應(yīng)，圖5是不采用滑模控制器的控制的 APtlel(t)響應(yīng)，圖6是不采用滑?？刂破鞯目刂频腁PCWl(t)響應(yīng)，圖7是采用滑?？刂破鞯?控制的Afdt)響應(yīng)，圖8是采用滑?？刂破鞯目刂频腁P tle31(t)響應(yīng)，圖9是采用滑?？刂?器的控制的APGWi(t)響應(yīng)。
[0157] 實(shí)施例2
[0158] 本實(shí)施例中，系統(tǒng)中的參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)不滿足匹配條件，仿真結(jié)果表示 了采用PID控制和采用SMC控制時(shí)各項(xiàng)仿真結(jié)果。其中，圖10、11、12分別是第一、第二、第三 區(qū)域采用PID控制和所構(gòu)造的SMC控制的Δ fi(t)響應(yīng)，圖13、14、15分別是第一、第二、第三 區(qū)域采用？1〇控制和所構(gòu)造的31(：控制的八？*^(〇響應(yīng)，圖16、17、18分別是第一、第二、第 三區(qū)域采用PID控制和所構(gòu)造的SMC控制的AP GWi(t)響應(yīng)，圖19、21、23分別是第一、第二、第 三區(qū)域切換函數(shù)〇i( t)的響應(yīng)，圖20、22、24分別是第一、第二、第三區(qū)域所構(gòu)造的滑?？刂?器的控制器輸出Ui(t)的響應(yīng)。
[0159] 實(shí)施例3
[0160] 本實(shí)施例中，系統(tǒng)考慮了發(fā)電速率限制(GRC)，其中，圖25是考慮GRC的非線性渦輪 機(jī)，圖26是三域均采用所構(gòu)造的滑?？刂破鞯目刂破鞯腁fdt)響應(yīng)，圖27是三域均采用所 構(gòu)造的滑?？刂破鞯目刂破鞯腁 Ptlel(t)響應(yīng)，圖28是三域均采用所構(gòu)造的滑模控制器的 控制器的A PCWl(t)響應(yīng)。由仿真結(jié)果表明，在考慮發(fā)電速率限制(GRC)的情況下，所提出的 SMC控制仍能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0161] 實(shí)施例4
[0162] 本實(shí)施例中，將將BESS接入各個(gè)區(qū)域你，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率控制的優(yōu)化，并與采用構(gòu)造的 滑?？刂破鞯目刂破鬟M(jìn)行比較。其中，圖29、30、31分別是第一、第二、第三區(qū)域采用BESS和 所構(gòu)造的SMC控制的Δ fi(t)響應(yīng)，圖32、33、34分別是第一、第二、第三區(qū)域采用BESS和所構(gòu) 造的SMC控制的APtiei(t)響應(yīng)，圖35、36、37分別是第一、第二、第三區(qū)域采用BESS和所構(gòu)造 的SMC控制的△ PGWi(t)響應(yīng)。由仿真結(jié)果表明，所提出的SMC控制響應(yīng)時(shí)間短，超調(diào)量小且抖 振頻率低，相比于BESS所花費(fèi)的成本要低。
[0163] 綜上，在實(shí)施例1中，系統(tǒng)中的參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)滿足匹配條件，各項(xiàng)仿真 結(jié)果表明相比不采用滑?？刂破鞯目刂疲捎没？刂破鞯目刂茣r(shí)各項(xiàng)仿真結(jié)果的超調(diào)量 較小并且響應(yīng)速度快。在第二種情況中，系統(tǒng)中的參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)不滿足匹配條 件，相比不采用滑?？刂破鞯目刂疲捎没？刂破鞯目刂茣r(shí)各項(xiàng)仿真結(jié)果的超調(diào)量較小 并且響應(yīng)速度快。在算例三中，系統(tǒng)考慮了發(fā)電速率限制(GRC)，更符合電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn) 行條件，仿真結(jié)果表明各區(qū)域的AfdthAPt^U)和△Pcwdt)響應(yīng)。在算例四中，將采用 BESS優(yōu)化頻率控制與采用構(gòu)造的滑模控制器的控制器進(jìn)行比較，各項(xiàng)仿真結(jié)果體現(xiàn)了所提 出的滑?？刂破鞯目刂凭哂辛己锰匦?，超調(diào)量較小并且響應(yīng)速度快，相比于BESS系統(tǒng)成本 較低，提高了整個(gè)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。
[0164] 即：本發(fā)明提供的所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法利用滑模控制方法 優(yōu)化頻率控制，響應(yīng)速度快，具有良好的魯棒性，且可減小系統(tǒng)的頻率偏差。
[0165] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)電設(shè)備、具有非再熱型汽輪機(jī)的 發(fā)電單元、具有再熱型汽輪機(jī)的發(fā)電單元、儲(chǔ)能模塊及滑模控制器;所述發(fā)電設(shè)備包括風(fēng)機(jī) 發(fā)電機(jī)組與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組包括調(diào)速器、渦輪機(jī)、旋轉(zhuǎn)設(shè)備及負(fù)荷和負(fù)荷頻率 控制單元;風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組包括液壓伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)與槳距角控制模塊;所述液壓伺 服執(zhí)行機(jī)構(gòu)和槳距角控制模塊通過液力偶合器連接于所述傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的端部。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)能模塊包括電 池和變換器，所述變換器包括控制策略單元、12脈沖橋式逆變器和變壓器。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)，其特征在于，包括三個(gè)子電力系 統(tǒng)，每一所述子電力系統(tǒng)均包括渦輪機(jī)與電池，且第一區(qū)域子電力系統(tǒng)采用非再熱型汽輪 機(jī)，所述第二區(qū)域、第三區(qū)域子電力系統(tǒng)采用再熱型汽輪機(jī)。4. 一種多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3所述的多 域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟： 51、 構(gòu)建所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：其中：i表示第i個(gè)區(qū)域，仏幾上是電力系統(tǒng)參數(shù)^⑴為滑模控制器的數(shù)學(xué)模型一匕 (t)表示負(fù)荷擾動(dòng)； 52、 構(gòu)建包含系統(tǒng)參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)的所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模 型其中：AAi、ABi、AFi是電力系統(tǒng)參數(shù)的變化； 53、 將系統(tǒng)參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)集結(jié)成一項(xiàng)，BP : = ^.λ·.(/) + Δ5 + 4 Af])APd.(t) ^ 再構(gòu)建所述多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：54、 設(shè)計(jì)滑模控制器： 當(dāng)系統(tǒng)中的參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)滿足匹配條件時(shí)，即gl(t) =B^g1' (t)，其中 g:.(〇 e iT·，所設(shè)計(jì)的滑?？刂破鳚M足：當(dāng)系統(tǒng)中的參數(shù)不確定項(xiàng)和負(fù)荷擾動(dòng)不滿足匹配條件時(shí)，所設(shè)計(jì)的滑?？刂破鳚M足：5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟 Sl還包括針對(duì)采用非再熱型汽輪機(jī)的所述第一區(qū)域子電力系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型：Af(t)為頻率偏差，APg(t)為發(fā)電機(jī)輸出功率偏差，AXg(t)為調(diào)節(jié)閥位置偏差，Δδ (t)為轉(zhuǎn)子角度偏差。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟 Sl還包括針對(duì)采用再熱型汽輪機(jī)的所述第一區(qū)域子電力系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型：7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，還包括針 對(duì)渦輪機(jī)建立數(shù)學(xué)模型：AfT⑴為渦輪機(jī)頻率偏差，Kic為耦合增益，Cti為變換器的觸發(fā)角，Kp為電力系統(tǒng)增益， Tp為電力系統(tǒng)時(shí)間長常數(shù)，Kp1為槳距控制增益。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多域新能源互聯(lián)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述滑模 控制器需滿足切換面設(shè)計(jì)，取切換面函數(shù)為：根據(jù)滑模控制原理取4⑴=G，可得等效控制：
【文檔編號(hào)】H02J3/28GK105932710SQ201510821429
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2015年11月23日
【發(fā)明人】厲建新, 米陽, 李建勇, 任魯飛, 李兆春, 張守海, 焦建亮, 張軍, 王利民, 張文春, 楊洋
【申請(qǐng)人】國網(wǎng)山東省電力公司日照供電公司