状态空间模型预测控制在自动发电控制中的应用

摘要

电力系统的频率作为评估电能质量高低的一个重要的性能指标，反映了机组发电功率和负荷功率的平衡，与发供电设备及用电设备的安全和效率都密切相关。因此，电力系统在运行过程中的主要任务之一，就是监视并控制系统的频率，使其偏移值维持在允许范围内。随着电力产业的发展，单一电力系统逐步和相邻的电力系统实现联网运行。电网互联的主要目标是使电网的频率质量得以维持和改善，不同电网之间通过联络线实现电能的输送，既能保证联络线交换功率按给定目标运行，又能使控制区域内的机组调节性能得以改善，更加有力地发挥互联电网的优越性。而互联电网的自动发电控制(AGC)正是实现频率和有功功率控制的一个主要手段，其控制效果对整个电网的品质都有着直接的影响。在实际的自动发电控制系统当中，存在着发电机变化率约束(GRC)和调速器阀门位置限制这两个非线性环节，对控制方法具有很大的挑战，因为这两个非线性环节将显著影响系统的动态响应，导致过大的超调量和较长的调节时间。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，因此本文针对自动发电控制系统的状态空间方程，采用模型预测控制算法进行仿真研究。将自动发电控制系统中存在的发电机变化率约束(GRC)这一非线性环节，转化成对状态的约束问题，直接采用二次规划，得出约束优化解，更加优于传统上解决此约束而得到的约束饱和解。针对调速器阀门位置非线性，采用模糊T-S模型进行分段线性化，并最终与预测控制相结合。该方法应用于两区域互联电力系统当中，仿真结果表明提出的模型预测控制算法具有很好的动态特性。