含双馈风电电力系统的采样负荷频率控制

针对含新能源的多区域电力系统频率稳定问题,提出一种考虑控制信号更新周期变化的采样负荷频率控制(load frequency control,LFC)方案。首先,在充分考虑系统采样特性的基础上,建立新型电力系统采样LFC模型,并将模型转化为一个采样数据网络控制系统。然后,利用整个采样区间[t _k,t _k+1)信息,构建一个新的双边闭环型Lyapunov泛函。结合所提出的泛函与自由矩阵不等式,导出系统的低保守性稳定准则。基于这个准则,提出确保系统镇定的采样控制器设计方法。最后,通过实例仿真验证了所提方法的有效性与优越性。     

基于交替方向乘子法的分布式负荷频率控制策略

负荷频率控制(load frequency control, LFC)是维持电力系统安全稳定运行的基础。对于多区域互联电力系统,由于描述动态过程的微分方程组相当复杂,这给负荷频率控制器的设计带来了困难。在此背景下,针对多区域互联电力系统,提出基于交替方向乘子法 (alternating direction method of multiplier, ADMM) 的分布式最优负荷频率控制器设计方法,以取得良好的控制性能,同时具备较高的计算效率。首先,介绍了负荷频率控制问题的微分方程模型。之后,基于二次多项式和矩阵稀疏化构建了分布式最优LFC策略的数学模型,并采用ADMM求解。最后,以三区域互联电力系统为例对所提方法进行了验证。仿真结果表明,针对负荷扰动和时变参数,所提方法能够把各区域的频率偏差和区域间联络线上的功率偏差控制到0。     

云模型理论在互联电力系统负荷频率控制中的应用

针对负荷频率控制系统具有不确定性问题,提出一种基于云模型理论的多区域互联电力系统负荷频率自适应PI控制方法。该方法以区域控制偏差量e作为云模型发生器的前件,PI控制器参数的整定值P和I作为云模型发生器的后件,建立适于负荷频率控制的一维云模型PI控制器。同时分别从频域和时域角度模拟不同情况下的负荷扰动,采用云模型控制器对PI控制器参数自调整,实现电力系统的负荷频率控制。仿真结果表明,在满足各种负荷扰动情况下,所提方法可有效地跟踪功率波动所引起的频率偏差,满足负荷频率控制指标,具有更强的抗干扰性和鲁棒性,其控制效果明显优于传统PI控制器。     

基于多求和不等式输出反馈Lyapunov判据的时变时滞电力系统二次调频控制

电力系统使用通信网络进行动态调频时引起的时滞问题会对系统稳定性造成很大威胁。针对负荷频率控制中的网络化时滞问题,建立考虑时变时滞特性的负荷频率控制离散化状态空间模型。采用多求和不等式,构造一种具有低保守性的Lyapunov稳定判据来求解区间时变时滞负荷频率控制(load frequency control,LFC)系统的稳定裕度。在此基础上,推导时滞相关输出反馈增益的线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)准则来设计二次调频控制器参数。仿真结果表明,该文所提出的稳定判据能够求解更大的时滞稳定裕度,具有较低的保守性。所提出的控制器设计准则能够快速求解时变时滞下输出反馈增益,有效抑制小扰动下系统的频率振荡,使系统具有时滞稳定性。     

基于MVO算法与改进目标函数的电力系统负荷频率控制

针对风电并网时的随机波动功率、负荷频率控制(load frequency control, LFC)系统参数变化所引起的电力系统频率稳定问题,提出了一种基于智能优化算法与改进目标函数的互联电网LFC系统最优PID控制器设计方法。首先,分析了基于PID控制的含风电互联电力系统LFC闭环模型。其次,在时间乘误差绝对值积分(integral of time multiplied absolute error, ITAE)性能指标的目标函数中考虑了区域控制器的输出信号偏差,对优化目标函数进行改进。采用性能优良的多元宇宙优化(multi-verse optimizer, MVO)算法先计算后验证的思路,寻优获得最优PID控制器参数。最后,以两区域4机组互联电力LFC系统为例,仿真验证了基于MVO算法结合改进目标函数所获得的PID控制器,比基于MVO算法所获得的PID控制器,对阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、风电功率偏差扰动以及系统的参数变化,具有相对较好的鲁棒性能。并且,对控制器参数也具有相对较好的非脆弱性指标。     

适合风电接入的直流输电辅助频率控制策略

针对含规模化风电接入的交直流电力系统的频率稳定问题,以抑制风电出力大幅度随机扰动引起的频率波动为目的,提出了高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)附加频率控制(frequency control,AFC)和自动发电控制(automatic generation control,AGC)配合的辅助频率控制策略。该策略在风电出力发生大幅度随机扰动时,AFC利用HVDC功率快速调制和短时过载能力快速平衡风电出力扰动中变化较快的分量,控制器基于TLS-ESPRIT算法和改进射影控制理论设计,阶数低,易于工程实现;基于传统PI控制的AGC自动跟踪电网功率波动,调整调频机组出力平衡变化较慢的有功功率扰动分量,维持系统有功功率平衡,保持电力系统频率稳定。最后,利用PSCAD/EMTDC在改造的四机两区域模型中进行了仿真分析,结果表明所提策略充分利用了交直流电力系统的频率调节能力,能较好地抑制风电出力引起的频率波动。     

基于尼科尔斯PID设计方法的负荷频率控制

为解决互联水电系统负荷频率控制(load frequencycontrol,LFC)问题,及保持互联电网系统频率、联络线功率及区域控制误差(area control error,ACE)的稳定,根据闭环系统谐振峰值与系统响应最大峰值之间的关系,构建一个与系统参数及控制器参数都相关的优化问题,通过该问题的求解获得控制器参数与系统参数之间的数学关系,针对水轮发电系统非最小相位特性,通过串加比例–微分(proportional-derivative,PD)控制方式降低系统阶次,设计尼科尔斯(Nichols)曲线的比例–积分–微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器。基于模型参数扰动和负荷干扰的仿真结果表明:尼科尔斯PID控制器能快速调整系统频率偏差、联络线功率偏差及ACE为0,具有良好的鲁棒性能和抗负荷干扰性能,系统过渡过程性能明显优于传统PID调节器结果。     

基于变论域模糊逻辑的互联电力系统负荷频率控制

随着风电在电力系统中的渗透率不断提高,其出力不确定性对系统频率稳定造成威胁。针对风电接入系统后的频率波动问题,提出变论域模糊PI负荷频率控制策略。为克服传统模糊控制器由于论域固定导致自适应能力有限的缺点,设计的变论域模糊PI负荷频率控制器通过变论域方法实现输入、输出论域的动态调整。为满足风电接入系统后复杂的论域调整需求,基于模糊推理设计新型变论域伸缩因子。典型两区域互联系统仿真实验表明,在不同形式的扰动下,该新型控制器较PI控制器、模糊PI控制器有更好的控制表现,能更好地处理风电出力不确定性对互联电力系统频率稳定的影响。     

基于MPC算法的互联电网负荷频率控制

自动发电控制(AGC)是互联电网进行有功调频的首要方法,研究提出了一种基于模型预测控制(MPC)的互联电力系统负荷频率控制(LFC)设计方法。利用MPC算法使得由发电机参数摄动和负荷扰动形成的电网频率波动减小。为验证所提出方案的有效性,建立三区域互联电力系统频率响应模型并仿真,将MPC算法与常规的PID算法控制效果进行比较。结果表明,在负荷扰动、参数摄动和有通信延迟的情况下,MPC技术对互联电网的负荷频率控制性能均优于PID控制。     

电力系统稳定器影响频率振荡的机理及阻尼分析方法

频率振荡是有功频率控制过程的小扰动稳定问题。已有研究集中于发电机调速器和原动机环节的分析。电力系统稳定器也可用于抑制频率振荡。分析了发电机励磁系统影响频率振荡的机理,当负荷具有电压调节效应时,则发电机励磁系统通过影响负荷电压进而影响负荷功率,从而对频率振荡产生影响。给出了频率偏差通过电力系统稳定器、励磁、网络、负荷等环节影响电磁功率的过程,利用阻尼转矩法计算电磁功率阻尼系数并分析了电力系统稳定器的影响。提出了多机系统中不同发电机电力系统稳定器对频率振荡阻尼影响大小的评估方法,选择影响大的发电机进行参数优化可更加有效地提高频率振荡阻尼。利用IEEE的4机2区系统对分析结论进行了仿真验证。     

基于深度强化学习的孤立多微电网系统频率和电压综合控制

分布式电源出力不确定性和负荷功率扰动给孤立多微电网系统稳定带来较大威胁。提出基于多智能体柔性动作评价(MA-SAC)算法的孤立多微电网负荷频率控制器(LFC),同时采用柔性动作评价(SAC)算法对自动电压调节器(AVR)的比例积分(PI)控制参数进行优化调整。建立了多微电网LFC和AVR组合模型。对于电压和频率控制器的设计,分别根据SAC算法和多智能体深度强化学习(MA-DRL)框架建立各自的状态、动作空间与奖励函数。选择合适的神经网络与训练参数经过预学习生成深度强化学习控制器。最后通过仿真分析,基于SAC算法优化的PI控制器能更快跟踪电压参考值;多微电网系统遭遇功率扰动时,MA-SAC控制器可以快速维持频率稳定。     

基于智能优化算法的互联电网负荷频率控制器设计及其控制性能分析

互联电网负荷频率控制对保障电网安全可靠运行具有重要作用,适宜的控制器参数整定使得电网在各种随机扰动下维持系统频率稳定和联络线功率交换值恒定。针对两区域互联电网的负荷频率控制器参数优化整定问题,提出一种基于智能优化算法的控制器参数整定设计方案。该方案采用最小化时间乘误差绝对值积分作为目标函数,运用灰狼优化算法搜索获得最优化的负荷频率控制器参数。灰狼优化算法模拟了狼群的社会分层机制和群体狩猎行为,使得控制器参数优化整定过程具有快速、高效、自适应和精度高等优点。此外,重点考虑了控制器参数不确定性可能导致的控制器性能衰减,讨论了控制器的脆弱性问题。建立了两区域互联电网负荷频率控制系统仿真模型,采用所提优化算法获取PI/PID型负荷频率控制器参数,仿真结果显示所提算法设计PI/PID控制器相比于传统方法和其他的智能优化算法具有更好的寻优能力和控制性能,并且优化获得的控制器在系统参数和控制器参数不确定性下具有鲁棒性和非脆弱性。     

面向抽水蓄能电站区域负荷频率的分数阶PID控制研究

由于可再生能源发电系统固有的不确定性以及日益扩大的电网规模和区域内电站结构的复杂度对电力系统稳定运行造成影响。抽水蓄能电站作为一种调频资源,已成为区域电网负荷频率控制(load frequency control,LFC)的重要手段之一。由此,开展了抽水蓄能电站的区域LFC研究,搭建了考虑死区和发电速度约束等非线性因素下的两区域再热式汽轮机组LFC模型,设计了一个分数阶PID(fractional order PID,FOPID)控制器,利用改进Oustaloup算法实现分数阶微分算子的近似并与传统的PID控制器进行比较。仿真结果表明,文中提出的FOPID策略在控制含有非线性环节的系统时能达到更好的控制效果,表现出较强的鲁棒稳定性。对于抽水蓄能电站参与的负荷频率控制,能够缩短频率恢复时间,使二次调频的动态性能得到很大提升。     

含自备电厂的钢铁企业孤网频率稳定控制策略

介绍了钢铁企业供电系统的结构特性,建立了自备电厂火电机组调速系统模型和负荷模型,其中负荷模型分为常规负荷模型和冲击负荷模型。针对孤网运行方式,提出了一种自适应频率稳定控制策略：实时监测系统运行状态和频率,并根据频率范围采取相应的控制措施。通过对自备电厂一次调频参数、二次调频控制等方面的研究,改善了孤网系统应对冲击负荷等小扰动的调节能力;通过实施可靠的就地低频减载（under frequency load shedding,UFLS）控制,可有效应对发生大扰动导致频率严重下降的紧急情况。仿真结果显示,所提出的控制策略能够保证孤网系统频率的稳定性。     

MIMO伺服补偿分散控制原理在互联电力系统负荷频率控制中的应用

本文应用极点位移的方法,对互联电力系统的负荷频率控制(LFC)问题,设计了多输入一多输出(MIMO)伺服补偿分散控制器;并以一个两地区互联电力系统的实例,考察了这类控制器对地区系统频率f_i和联络线交换功率P_(tie,ij)对于给定值的跟踪效果。数字仿真的结果表明:由于伺服控制器对各地区系统的频率偏移Δf_i进行了二次积分,所以当电力系统中出现缓慢持续上升(或持续下降)的负荷扰动时,各地区发电量亦随之相应变化,使各地区系统频率偏移Δf_i经一定时间后到达零稳态。这类控制器同PI控制一样,易于实现,而控制效果更好。     

基于改进频率响应模型的低频减载方案优化

低频减载(under frequency load shedding,UFLS)是防止电力系统频率崩溃的有效手段之一。在经典系统频率响应模型(system frequency response,SFR)的基础上,建立改进频率响应模型,考虑了旋转备用容量、静态负荷模型及水轮机组调速系统的影响,并引入低频减载模块。建立一种基于PV曲线和负荷频率特性的综合指标,指导减载地点的确定及减载量的分配。提出了基于改进频率响应模型及节点综合指标的低频减载方案优化方法。仿真分析表明,改进的频率响应模型能够较好地描述系统有功-频率动态过程,提出的低频减载方案优化方法能够在保证系统频率稳定的前提下,有效地减小切除负荷量及提高频率恢复水平。     

多区域交直流互联系统的频率稳定控制

电力系统频率稳定性是衡量交流系统是否安全稳定运行的一项重要指标.当互联网交流系统遭受较大的负荷突变时,系统频率受到扰动会产生区域间的频率振荡.为抑制交流系统的频率振荡,根据交直流系统中直流传输功率可进行快速调节和具有短时过载能力的特点,提出了将传统的负荷/频率控制(LFC)和直流功率调制进行协调控制的方案,并采用重叠分解技术和线性二次型最优控制理论相结合的方法设计了直流功率调制控制器.对一个典型的三区域交直流并联系统进行数字仿真,结果表明,该协调控制方案一方面利用直流功率的快速调节抑制了区域间的频率振荡和功率振荡,有效地降低了负荷变化时频率的最大偏移,另一方面利用传统的LFC消除了频率的稳态误差.     

基于潮流追踪算法的自适应低频减载策略研究

低频减载（under frequency load shedding,UFLS）是防止电力系统频率崩溃的有效手段之一,它通过在系统的某些地点切除过负荷量,达到维护系统稳定的目的。为此,计及负荷的电压调节效应,提出一种改进的功率不平衡量计算方法,针对不同的扰动在线计算系统的减载总量;并利用邻接矩阵的稀疏性,结合邻接矩阵和比例分配原则提出了一种潮流追踪新算法,提高了潮流追踪算法的计算效率,将其应用于在线确定减载地点与分配减载量。仿真结果表明,新的自适应减载策略可靠性更高,能够有效防止欠切或过切,改善受扰系统减载后的频率恢复效果,并提高系统的电压稳定水平,对实际电力系统紧急控制研究具有重要意义。     

基于云神经网络自适应逆系统的电力系统负荷频率控制

针对区域互联电力系统受到风电及负荷扰动后,系统频率会出现大幅度波动的问题,提出一种基于云神经网络自适应逆系统的多区域互联电力系统负荷频率控制方法。在分析单一区域电力系统有功输出特性的基础上,建立计及多区域有功输出的互联电力系统负荷频率控制模型。采用自适应逆控制有效解决系统响应和扰动抑制的矛盾。将云模型引入自适应逆系统构建云神经网络辨识器。利用云模型在处理模糊性和随机性等不确定性方面的优势,进一步提高神经网络的辨识能力。仿真结果表明,所设计的云神经网络自适应逆系统不仅可以得到好的动态响应,还可以使风电及负荷引起的扰动减小到最小。     

基于虚拟狼群控制策略的智能发电控制

解决雾霾问题重要途径之一是大规模引入可再生能源。新能源大规模接入会给电网带来随机扰动问题,如何保证新能源与电力系统兼容成为当务之急。该文提出一种面向分布式能源,基于多智能体随机一致博弈原理,融入新赢输评判标准和时间隧道思想的智能发电控制方法,即基于虚拟狼群控制策略的分层分布式控制(virtual wolf pack control strategy based hierarchical and distributed control,VWPCHDC),来获得区域的最优控制,以解决传统集中式自动发电控制难以解决新能源及分布式能源大规模接入电网所带来的随机扰动问题。通过改进的IEEE标准两区域负荷频率控制(load-frequency control,LFC)电力系统模型以及包含多种分布式能源及多个微网的智能配电网模型进行仿真验证。仿真表明所提策略能够获得区域协同控制,与传统方法相比,VWPC-HDC动态优化速度快,鲁棒性强,能提高新能源利用率,减少发电成本。