具有非线性的负荷频率控制系统的分析及设计

摘要

对于电力系统，电能质量的一个特别重要指标就是频率稳定。电力系统负荷的任意变化都会使系统频率发生波动，甚至出现不稳定，为了维持频率稳定，负荷频率控制(load frequency control，LFC)就显得很有必要。负荷频率控制系统的目的则是将系统频率维持在标称值，同时使控制区域之间的未计划的联络线交换功率最小。本文针对电力系统的负荷频率控制问题，考虑其存在非线性特性的情况，提出了相应的补偿策略，以保证系统的控制性能。
　　本文主要研究内容包括:
　　1)针对调速器存在侧隙(governor dead band，GDB)的LFC系统，首先分析了调速器侧隙对负荷频率控制系统的影响，表明调速器侧隙可能导致系统出现极限环。然后针对调速器侧隙提出了两种anti-GDB方案:基于观测器的方案利用调速器输出进行控制器输入的重构，以正确估计控制器状态;基于误差补偿方案将调速器实际输出与理论输出之间的误差反馈到原控制器输出。仿真结果表明:两种补偿方案都能取得期望的效果，其中基于观测器的补偿方案存在一些限制，而基于误差补偿的方案不仅性能更好，而且工程上更容易实施。
　　2)针对调速器存在死区(governor dead zone，GDZ)的LFC系统，首先分析了调速器死区对负荷频率控制系统的影响，表明调速器死区虽不影响系统的稳定，但会降低系统的性能。然后提出了一种基于误差补偿的anti-GDZ方案，用于提高系统的性能。该方案是将调速器实际输出与理论输出之间的误差反馈到原控制器输出。仿真结果表明:在采用该方案后，可以使控制系统的性能得到很好的恢复，获得近似于没有死区时系统的控制效果。
　　3)针对汽轮机存在发电速率约束(generation rate constraint，GRC)的LFC系统，首先分析了发电速率约束对负荷频率控制系统的影响，表明发电速率约束会导致系统不稳定。然后提出了一种基于误差补偿的anti-GRC方案。该方案利用控制器的观测器，将汽轮机的实际输出与理论输出的误差反馈到观测器中，以估计和消除误差。仿真结果表明:提出的anti-GRC方案能够很好地补偿控制器的性能，令系统快速恢复稳定。
　　4)针对带有非线性的多区域电力系统的负荷频率控制问题，首先利用分散控制策略，将单区域电力系统的抗饱和方案推广到多区域电力系统中。其次，针对带有GDB和GRC的多机系统，提出了结合anti-GDB和anti-GRC的补偿方案。仿真结果表明:提出的补偿方案能有效地消除GDB和GRC的影响，使系统快速恢复稳定。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 负荷频率控制研究现状

1．2．2 具有非线性的负荷频率控制研究现状

1．2．3 存在的问题

1．3 论文主要内容及结构

第2章 基础知识

2．1．1 负荷及发电机动态

2．1．2 汽轮机动态

2．1．3 调速器动态

2．2 线性自抗扰控制

2．3 描述函数分析

2．4 本章小结

第3章 具有调速器侧隙的负荷频率控制

3．1 调速器侧隙特性及对负荷频率控制系统的影响

3．2 Anti-GDB方案

3．2．2 基于误差补偿的anti-GDB方案

3．3 本章小结

第4章 具有调速器死区的负荷频率控制

4．1 调速器死区特性及对负荷频率控制系统的影响

4．2 Anti-GDZ方案

4．3 本章小结

第5章 具有发电速率约束的负荷频率控制

5．1 发电速率约束及对负荷频率控制系统的影响

5．2 Anti-GRC方案

5．3 本章小结

第6章 多区域电力系统的负荷频率控制

6．1 多区域电力系统负荷频率控制模型

6．2 具有调速器侧隙的多区域系统

6．3 多机系统

6．4 本章小结

第7章 总结与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介