多区域互联电网AGC协同优化控制策略研究

摘要

自动发电控制(Automatic Generation Control，AGC)系统是现代互联电网调度中心实现二次调频的重要手段，通常称这种调整手段为负荷频率控制（Load Frequency Control，LFC）。负荷频率控制旨在实现发电量实时自动跟踪电力系统负荷的变化，维持发电功率和负载功率的平衡，使电力系统频率保持为规定值。它是保证电能质量的重要手段。进入新世纪以来，快速发展的智能电网技术和互联网技术促使多区域互联成为我国电网的新特征，有关采用协同优化控制策略实现多区域互联电网 AGC的研究成为热点。本文主要研究内容如下： （1）简述了多区域互联电网自动发电控制的优化控制策略的意义和近年来国内外关于自动发电控制优化控制策略的研究现状，阐述了面对大规模互联电网以及风电介入下的互联电网已有的自动发电控制策略的相关问题。 （2）描述了自动发电控制的基本原理与系统结构，介绍了互联电网电力系统的频率控制模式，根据频率控制模式，确定了控制区域间频率控制模式的搭配选取，搭建了多区域互联电力系统的仿真模型。 （3）针对在传统控制策略中多区域互联电网 AGC超调量大和响应速度慢的问题，提出了分布式模型预测控制策略。将互联电力系统的数学描述离散化并定义其目标函数，以三区域互联电网为例，把水电机组与火电机组的状态空间导入到它们各自的分布式模型预测控制器中，设计了集中式模型预测控制器与PID控制器作为比较。仿真研究表明，相对于传统 PID 控制方法和集中式模型预测控制方法，所提出的分布式预测控制方法超调量小，超调时间较短。 （4）多区域互联电网在实际运行中存在非线性环节，针对发电机变化率约束环节与阀门位置限制环节，传统的控制策略在非线性环节的作用下控制效果差的问题，考虑模型预测控制策略能系统地解决输入约束、状态约束和输出约束，将自动发电控制系统中存在的非线性环节，转化成对状态的约束问题，采用二次规划，得到约束条件下的优化解。针对含有非线性环节的三区域互联电网设计了分布式模型预测控制与集中式模型预测控制两种控制器，仿真结果表明，分布式模型预测控制策略在减小超调量、提高响应速度具有明显的效果。 （5）针对风电并网时，风电场输出功率的波动性和不可预测性给多区域互联电网自动发电控制带来的问题，在介绍风电的基本结构及数学模型、搭建其与常规机组处于同一区域的互联电力系统仿真模型的基础上，提出分布式模型预测控制算法。以三区域互联电力系统为例，应对系统外界负荷变化，将设计的分布式预测控制算法与集中式预测控制算法比较，仿真结果表明，分布式模型预测控制在频率恢复速度和稳定性显示出更好的动态性能。 (6) 总结本文所做工作，并对未来自动发电控制有待进一步研究的问题和发展趋势进行了展望。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 自动发电控制基本原理及其仿真模型介绍

2.1自动发电控制基本原理介绍

2.2 互联电网电力系统频率控制

2.3 自动发电控制仿真模型

2.4 本章小结

第3章 DMPC在水电火电互联电力系统LFC中的应用

3.1 引言

3.2分布式预测控制的基本原理

3.3水电火电互联电力系统DMPC设计

3.4分布式预测控制算法

3.5 DMPC在水电火电互联电力系统LFC中的应用

3.6 仿真分析

3.7 本章小结

第4章 互联电网考虑非线性环节下的自动发电控制

4.1 引言

4.2考虑发电机变化率约束（GRC）的自动发电控制研究

4.3考虑调速器阀门位置非线性的自动发电控制研究

4.4仿真分析

4.5 本章小结

第5章 风电介入下的互联电力系统自动发电控制

5.1 引言

5.2风力发电机组基础

5.3 风电介入下的电力系统模型

5.4风电介入下的互联电力系统DMPC设计

5.5 仿真分析

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录