水火互联电网平抑风电功率波动的模型预测控制研究

摘要

本文从当今世界能源危机，迫切需要可再生清洁的新能源加入，来改善世界能源结构的角度出发，但是新能源的发电普遍具有不稳定性，风能是新能源中的代表。
　　近年来随着风电并网规模的加大，变化速度快，波动幅度大，强非线性等特点的风电功率对电网频率和联络线功率波动的影响越来越明显，传统AGC(AutomaticGenerationControl)系统中PI控制，受机组本身功率变化速率的约束(GenerationRateConstraint-GRC)，及自身容易产生积分饱和等缺点，导致对风电功率扰动的控制效果不好，本文将基于状态空间模型的预测控制理论应用到AGC系统中，在解决机组功率变化速率约束情况下，很好平抑了系统的风电功率扰动，确保了系统频率和联络线功率的稳定。
　　文中将风电视为“负”的负荷扰动，风电功率为某风电场的实际输出功率数据，将基于状态空间模型的预测控制分别应用到两区域水电、火电、水火电互联的AGC模型中，通过详细分析改进的三种AGC系统和相应的传统PI控制的三
　　种AGC系统在平抑风电功率扰动方面的优缺点，得出改进后的AGC系统在平抑率波动方面于要全面优于相应的传统AGC系统。
　　为证明基于模型预测控制的AGC系统的有效性，将其应用到更为复杂的含大容量风电的IEEE30节点系统中，得出改进的AGC的系统比传统AGC系统能更好平抑IEEE30节点系统中风电功率波动，更好的把系统频率偏差控制在规定范围内，保证系统稳定性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．1．1 能源危机

1．1．2 风电的发展

1．1．3 风电对电网有功功率和频率的影响

1．2 平抑风电场功率波动的方法及技术研究现状

1．2．1 风电机组侧控制技术用于平抑风电场功率波动

1．2．2 区域风电场协同配合用于平抑风电场功率波动

1．2．3 储能技术在平抑风电功率的波动方面的应用

1．2．4 常规机组协同调控用于平抑风电场功率波动

1．2．5 常规机组侧控制技术用于平抑风电功率波动

1．3 本文主要工作

第2章 互联电力系统模型

2．1 调速器模型

2．2．1 汽轮机调速器模型

2．2．1 水轮机调速器模型

2．2 原动机模型

2．2．1 汽轮机模型

2．2．2 水轮机模型

2．3 系统功率-频率模型

2．4 补偿控制模型

2．5 两区域互联的TBC—TBC模型

2．6 两区域互联TBC—TBC模式下AGC系统的原理图

2．7 考虑机组功率变化率约束的两区域AGC系统

2．8 本章小结

第3章 基于模型预测控制的互联两区域模型

3．1 模型预测控制的基本原理

3．1．1 预测模型

3．1．2 滚动优化

3．1．3 反馈较正

3．2 基于状态空间方程模型的预测控制

3．2．1 多输入多输出系统状态空间模型

3．2．2 多输入多输出系统的预测控制的最优解

3．2．3 有状态约束的模型预测控制最优解

3．3 考虑GRC的两区域基于模型预测控制的TBC-TBC互联AGC模型

3．4 本章小结

第4章 两区域水火互联AGC系统平抑风电功率波动的控制策略和方法

4．1 两区域PI控制水电互联AGC平抑风电功率波动的控制策略

4．1．1 两区域PI控制水电互联AGC有约束下平抑阶跃负荷扰动

4．1．2 两区域PI控制水电互联AGC有约束下平抑风电功率扰动

4．2 两区域PI控制火电互联AGC平抑风电功率波动的控制策略

4．2．1 两区域PI控制火电互联AGC有约束下平抑阶跃负荷扰动

4．2．2 两区域PI控制火电互联AGC有约束下平抑风电功率扰动

4．3 两区域PI控制水火互联AGC平抑风电功率波动的控制策略

4．3．1 两区域PI控制水火互联AGC有约束下平抑阶跃负荷扰动

4．3．2 两区域PI控制水火互联AGC有约束下平抑风电功率扰动

4．4 两区域预测控制水电互联AGC平抑风电功率波动的控制策略

4．4．1 两区域预测控制水电互联AGC有约束下平抑阶跃负荷扰动

4．4．2 两区域预测控制水电互联AGC有约束下平抑风电功率扰动

4．5 两区域预测控制火电互联AGC平抑风电功率波动的控制策略

4．5．1 两区域预测控制火电互联AGC有约束下平抑阶跃负荷扰动

4．5．2 两区域预测控制火电互联AGC有约束下平抑风电功率扰动

4．6 两区域预测控制水火互联AGC平抑风电功率波动的控制策略

4．6．1 两区域预测控制水火互联AGC有约束下平抑阶跃负荷扰动

4．6．2 两区域预测控制水火互联AGC有约束下平抑风电功率扰动

4．7 本章小结

第5章 基于模型预测控制的AGC系统在IEEE30节点中的应用

5．1 IEEE30节点的电力系统中AGC模型的仿真

5．1．1 IEEE30节点系统中基于模型预测控制的AGC模型

5．1．2 IEEE30节点系统中AGC模型仿真

5．2 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 研究总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢