基于交直流最优功率分配的动态分层LFC方法.pdf
《基于交直流最优功率分配的动态分层LFC方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于交直流最优功率分配的动态分层LFC方法.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷第期湖北工业大学学报 年 月V o l N o J o u r n a l o fH u b e iU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g yA u g 收稿日期 基金项目国家自然科学基金()第一作者龚偲立(),女,湖北武汉人,湖北工业大学硕士研究生,研究方向为电力系统保护与控制.通信作者赵熙临(),男,湖北武汉人,湖北工业大学教授,研究方向为电力系统优化与控制.文章编号 ()基于交直流最优功率分配的动态分层L F C方法龚偲立,赵熙临(湖北工业大学电气与电子工程学院,湖北 武汉 )摘要以最小化网损为目标,提出一种基于交直流最优功率分配的动态分层负
2、荷频率控制方法.首先,以多区域交直流混联系统为研究对象,构建其负荷频率控制模型,针对一次调频的快速性需求,设计储能进行辅助;然后,以输电网损最小为目标,进行交直流联络线最优传输功率分配机制的设计;在此基础上,考虑到调频需求的复杂性与动态特征,构建动态分层的负荷频率控制器架构,根据以区域控制偏差为基础的触发阈值的设计,保障控制器复杂度能依据控制需求的不同而改变.仿真结果表明:动态分层的控制器架构能在保证控制性能的基础上,有效降低控制复杂度;交直流联络线最优传输功率分配机制的执行,不仅能保证网损最小,还能够降低区域控制偏差,从而减少分层控制器触发次数,提高系统调频资源利用率.关键词交直流混联;负荷
3、频率控制;动态分层控制;最优功率分配;网损 中图分类号TM 文献标识码A负荷频率控制(l o a df r e q u e n c yc o n t r o l,L F C)是维持电力系统稳定运行的关键技术,能够根据负载变化实时调整发电机组出力,保证电力系统频率偏差尽快回到允许范围内 .随着可再生能源的大规模并网和高压直流输电线路的广泛应用,尽管电网强交弱直的特征得到改善,但频率波动的风险性逐渐增大,对传统L F C方法提出了新的挑战 .因此,如何在可再生能源占比较高前提下,应对弱连接的交流联络线潮流波动较大的问题,是现阶段电力系统调频工作的研究重点.新能源渗透率的大幅度提高与跨区域输电需求的
4、增加,使高压直流输电(h i g h v o l t a g ed i r e c tc u r r e n t,HV D C)线路的建设规模扩大,交直流混联系统在复杂电网运行中的应用愈加广泛 .现阶段,国内外学者针对交直流混联系统的协调运行做了相应的研究.文献 分别对直流和交流电网内的分布式电源进行模糊自适应下垂控制设计,以消除线路阻抗的影响,保证有功功率和无功功率的合理分配.文献 基于风电不确定性和交直流输送容量载荷程度的不同,设计了一种交直流输电容量优化分配方法,可减小风电波动对交直流电网的影响.文献 采用快速非支配多目标遗传算法确定交直流混联系统的最优运行策略,增加电网电容量使得传统负
5、荷频率控制特性发生改变.在强负荷扰动下,所需调频功率需交直流链路共同承担,而其分配方式不仅导致调频策略的复杂化,还会对电网经济运行带来影响.当由于交直流功率分配及可再生能源不确定性等问题而导致电网负荷频率控制复杂度增加时,分层控制策略受到了广泛的关注 .文献 提出了一种基于两级分层模型预测的L F C策略,通过上层对下层分散控制器的动态协调来应对调频控制的复杂性.文献 设计了一种基于动态有功调度的分层模型预测控制策略,该策略以短期风电预测误差的分层分析作为反馈来提高风力发电的兼容性.但上述研究中分层控制结构两级均采用模型预测控制器(m o d e lp r e d i c t i v ec o
6、 n t r o l,MP C),其滚动优化算法在线计算复杂度高,计算量大.针对该问题,文献 设计了一种基于MP C P I D串级的动态分层控制策略,根据调频需求的不同以区域控制偏差(a r e ac o n t r o l e r r o r,A C E)作为触发信号,实时决策上层MP C是否参与.另一方面,利用电网中可再生能源的固有特性或已存在的能源配置进行辅助调频,能够有效提高调频效果、减轻系统复杂性的不利影响.文献 利用储能电池充放电特性参与电网调频,并指出其调频能力相对于忽略爬坡速率约束的火电机组更具高效性.文献 结合 了储 能 电 池 荷 电 状 态(S O C)和电网调频的需求
7、,给出了储能电池参与调频的评价指标,验证结果表明储能参与可改善电网的抗干扰能力.文献 分析了电池储能辅助电网一次调频的方法,提出的储能自适应综合控制策略能有效节省传统机组的调频容量.考虑到电力系统中储能配置的普遍性,基于对电网全局调控的需求,有必要在电力系统运行中充分挖掘储能辅助调频潜力,以应对日趋复杂的L F C应用需求.综合而言,进一步的研究需要解决以下两个方面的问题:一是针对交直流链路传输特性,如何根据链路传输容量进行传输功率的分配,以提高电网运行的经济性与安全性;二是在复杂调频需求的动态变化前提下,如何使调频策略体现出动态的适应性.含储能的交直流混联电网L F C模型构建以多区域L F
8、 C系统为研究对象,当考虑储能的辅助参与时,区域交直流混联L F C系统控制模型如图所示,相关变量的含义如表,各单元模型可参考文献 .?1/Ri11+sTig11KsT+sTrrrii+i?Tgi?Pri11+sTi t?Pdi2?Tac,ijspfac,iTTTTdc,dc,dc,dc,ijjiijji+2?spfdc,i?Ptiedc,iACEi?Ptieac,j?pciBi+-+-?fj?Pgi12H s D+ii11+sTbKb?Pbi?fi-图含储能的交直流混联区域L F C模型表L F C系统参数参数,变量含义单位fi(t)频率偏差H zPgi(t)发电机功率偏差p u MWPci
9、(t)控制器输出控制量p u Pri(t)再热发电机组热功率增量p u MWXgi(t)调节阀位置偏差p u Pt i e d c,i(t)直流联络线功率偏差p u MVAPt i e a c,i(t)交流联络线功率偏差p u MWPdi(t)负荷扰动p u MWPb(t)储能电池功率偏差p u MWA C Ei区域控制偏差p u MWHi电力系统时间常数sBi频率偏差因子p u MW/H zRi机组调差系数H z/p u MWKri再热系数H z/p u MWDi负荷阻尼系数sTri再热时间常数sTa c,i j控制区交流联络线增益p u MWTd c,i j控制区直流联络线增益p u MW
10、p fa c,i交流联络线功率分配因子p fd c,i直流联络线功率分配因子以多区域L F C系统为研究对象,为了提高调频效果,减轻系统复杂性的不利影响,设置储能进行辅助调频.区域交直流混联L F C系统控制模型如图所示,相关变量的含义如表,各单元模型可参考文献 .当储能以虚拟惯性和下垂控制辅助L F C系统参与一次调频时,其综合惯性控制响应模型一般等效为一个惯性环节,表示为:PbKbsTb fi()式中:Kb为储能电池的单位调节功率,Tb为储能电池的时间常数.根据图的汽轮机热力学模型和联络线一阶传递函数可以得到区域i的频率偏差:fi DiHifiHi(Pgi Pt i e,i Pdi Pbi
11、)TgiPci()式中:联络线功率偏差Pt i e,i为直流联络线功率偏差Pt i e d c,i和交流联络线功率偏差Pt i e a c,i之和,其余各变量描述参见表.而其A C E信号由本区域的频率偏差和联络线功率构成,具体表示为:A C EiBifi Pt i e,i()以区域频率偏差,交直流联络线功率偏差,储能电池、汽轮机、调速机和控制器的输出构成的向量为系统状态变量,控制器输出向量为输入变量,区域i的区域控制偏差为输出变量,可获取区域i状态方程为:xA xB uDwyC x()式中:x、u、w分别表示该系统的状态变量,输入变量和扰动变量;A、B、C、D分别表示该系统的状态湖北工业大学
12、学报 年第期矩阵、输入矩阵、输出矩阵和扰动矩阵.各状态变量和状态矩阵的具体表达式如下:x fi Pt i e d c,i Pt i e a c,i Pgi Xgi PriT()u Pci()PdiT()ADHHHHABTtiTtiTgiRiTgiKr iTgiRiTriKriTgiTri(A表示p fd cji,jiTe q v d c,i j,B表示p fa cji,jiTa c,i j)B TgiTDH TCB 上述模型中p fa c,i和p fd c,i分别表示交直流联络线承载的有功功率分配因子,直流联络线等效增益Te q v d c,i jTd c,i jTd c,j i/Td c,i
13、 jTd c,j i.基于最小网损的交直流最优功率分配交直流联络线承载有功功率分配的差异性将导致调频表现及电网运行经济性上的不同,在此,拟以网损最小为目标进行交直流最优功率分配策略(o p t i m a l p o w e ra l l o c a t i o nc o n t r o l,O P A C)的研究.图描述了多电源交直流混联电网结构,考虑到每个交流节点和直流端口注入的有功功率以及直流端 口 电 压,其 总 网 损 的 计 算 公 式 由 交 流 网 损Pl o s s,a c和直流网损Pl o s s,d c两部分组成,即:f(x)Pl o s sPl o s s,a cPl
14、o s s,d cNmVmNnVnGm nc o sm nMmUmMnYm nUm()?VSCAC DC/?PdcPac图交直流混联电网示意图式中:N,M分别为交流电网的节点数和直流电网中的端口数,V为节点电压幅值,Gm n为节点导纳矩阵的实部元素,m n为节点m和n之间的向角差,Um为端口电压,Ym n为端口电导矩阵中的元素.交流链路中,长距离输电线路电阻较小,其网损与节点电压幅值主要由无功功率决定,节点相角由有功功率决定,其中Gm n属于已知参数.利用潮流计算模型,可将节点m和n之间的相角m n用Pa c线性表示为:m nmnNk(xm kxn k)Pa c k()式中:xk是节点导纳矩阵
15、的逆矩阵元素取c o sm n泰勒展开公式的一次项和二次项,联立()可得c o sm n为:c o sm nNk(xm kxn k)Pa c k()将式()代入式(),可得到交流网损是关于A C/D C耦合节点注入的有功功率多元二次函数:Pl o s s,a cNmVmNnVnGm nNk(xm kxn k)Pa ck()通常情况下,直流电网的各个换流站的端口电压Um与参考电压Ur e f较为接近,则可得到在P V控制模式下各个端口注入的有功功率端口电压之间的数学表达式为:Pd cmUr e fMmYm nUm()假设第M个换流站用于控制直流电压,将UmUr e f代入(),各换流站注入的有功
16、功率和端口电压之间的线性关系可表示为:UmM kRm k(Pd ck/Ur e fYmMUr e f)()式中:Rm k为端口导纳矩阵的逆矩阵元素;其中m,M.将式()代入到式()可得到直流电网的网损表达式Pl o s s,d c.除了注入到A C/D C耦合节点的换流站,其余换流站注入的有功功率均为已知量.由于注入到A C/D C耦合节点的交流线路和直流线路的功率均可以调整,将交流联络线中的有功功率作为自变量,再根据Pa cmPd cnPt i e消除直流联络线的有功功率后,则式()可表示为一个二次函数:Pl o s sPTa cQ Pa cBTPa cC()式中:Pa cPa c,Pa c
17、,Pa c r,r是A C/D C耦合节点的个数,Pa c,Pa c,Pa c r为对应节点的交流有功功率.Q和C分别是由多元二次函数Pl o s s,a c和Pl o s s,d c推导出来的系数矩阵和常数项.如图所示当仅有一个A C/D C耦合节点,同时作为交流电网的第t个节点和直流电网中的第s个换流站,则式()改写为:第 卷第期龚偲立,等基于交直流最优功率分配的动态分层L F C方法Pl o s sa Pa ctb Pa ctc()式中:aM mRm sM nYm nRn sNmVmNnVnGm n(xm txn t)b Pt i eM mRm sM nYm nRn sM mRm sM
18、nYm nM kksRn k(Pd ckYn M)M mRm sYmMNmVmNnVnGm n(xm txn t)Nkks(xm txn t)Pa ck针对交流有功功率Pa ct构造网损最小的优化目标:J(Pa c t)a Pa c tb Pa c tcm i nJ(Pa c t)()交流联络线输送容量的不等式约束为gm i ng(x)gm a x,将其转化为w个等式约束后,式()满足如下约束条件:J(Pa ct)ci,i,w()利用拉格朗日乘子法将该多元函数进行转换,并令各状态变量的一阶偏导数为,可得由w个方程组成的方程组:J(Pa c)wmmJ(Pa c)ci(i,w)()式中:J()表示
19、为函数J的梯度.求解()可以得到网损最小值时各个A C/D C耦合节点对应的交流联络线有功功率.根据交流联络线与联络线总功率之间的关系,可调整L F C模型中的直流线路和交流线路的功率配比因子p fa c,i,p fd c,i.上述模型中p fa c,i和p fd c,i分别表示交直流联络线承载的有功功率分配因子,直流联络线等效增益Te q v d c,i jTd c,i jTd c,j i/Td c,i jTd c,j i.基 于 最 优 功 率 分 配 的 动 态 分 层L F C控制方法设计动态分层控制策略设计目标与影响因素分析在众多控制方法中,单一的比例积分微分控制(p r o p o
20、 r t i o n a lp r e d i c t i v ec o n t r o l,P I D)不能满足复杂的L F C控制需求.为了实现控制目标,模型预测控制得到广泛使用.但是,由于MP C采用滚动优化算法,扩大了在线计算的复杂度,严重占用了系统资源.因此,为了将系统控制过程的复杂度与调频需求的多样性进行匹配,有必要构建具备选择特性的动态分层控制架构.如图所示,下层采用P I D控制器,能保证弱调频需求下调频过程的快速性,从而有效节约系统资源.对于强调频需求,采用上层MP C控制器和下层P I D控制器级联的方式可实现调频的精准性.上层控制器是否参与由各区域电网两层控制器之间的虚拟
21、选择开关Si决定.触发信号为区域系统控制偏差信号Ai,该信号由电网调度控制 系 统(g r i dd i s p a t c h i n ga n dc o n t r o ls y s t e m,G D A C S)采集,并将其传递给条件驱动环节(c o n d i t i o n a l d r i v e l i n k,C D L)用于判断Si的动作情况.u1u2unS1S2SnA1A2AnCDL?f1?Ptie 2,n?f2?fn?Ptie 12,?PID1PID2PIDn?MPC1MPC2MPCnArea 1,Area 2,Area,n?Ptie 1,nACECDL图动态分层L
22、F C控制系统在控制过程中,区域控制偏差是平衡L F C系统有功功率的重要度量指标,将其作为条件驱动环节的触发信号有利于精准控制的实施.由于A C E信号计算涉及区域频率偏差f和区域对外联络线交换偏差Pt i e,i j,因此在设计A C E信号的驱动阈值时,需要根据各区域电网的实际规模、联络线功率约束条件和频率调节死区等对其进行处理.当各区域电网的A C E信号Ai达到相应的驱动阈值Ar e f,i时,C D L触发上下控制器之间传输线的虚拟开关Si闭合,使上下层控制器串联,有利于提高控制效果.当Ai小于相应的驱动阈值Ar e f,i时,该区域的虚拟开关Si断开,仅下层P I D控制器参与调
23、频,保证了区域控制的快速性.在Ar e f,i的设计中,如果调频需求聚焦于控制的精确性,可设计较低的阈值;如果目标聚焦于降低在线计算复杂度,可设置较高.基于最优功率分配的动态分层控制策略设计考虑交直流最优功率分配时,由于负荷波动的随机性,会存在以下两种情况.当负荷波动较小,L F C各发电机组出力变化不大时,输送的功率波动全部由交流联络线承担,直流联络线保持恒功率运行.当负荷波动较大,L F C发电机组会相应的增加出力,此时按照最优功率分配策略,对交直流线路传输的功率进行优化,实现系统运行的经济性和安全性.O P A C策略参与下,联络线有功功率变化情况如图所示.t时刻,联络线传输功率增加Pi
24、 n t i e,需要调用直流联络线来承担一部分有功功率.t时湖北工业大学学报 年第期刻,投入O P A C策略,产生Pl o s s的功率损耗后对交直流线路的功率分配进行重新规划.最终出力突增后联络线有功功率按照最优功率分配因子p fa c、p fd c由交直流联络线Pa c,Pd c共同承担.t/sPPPintieintiedcintieac=+Ppf Ppf Ptiedcdcacac=+PacPdlosst0t1图交直流联络线有功功率变化示意图基于超短期负荷预测和储能电池功率预测信息,由每时段的功率平衡方程可以推导出区域电网联络线功率波动量:Pt i e,i PL,i Pb,i PG,i
25、()在强负荷扰动下,区域L F C发电机组出力增加,联络线的输送容量也会相应增加.结合第二节,利用交直流最优功率分配策略对直流线路和交流线路的功率配比因子p fa c,i,p fd c,i进行计算调整,得出联络线功率表达式:Pt i e,ip fd c,iji,jiPt i e d c,i jp fa c,iji,jiPt i e a c,i j()将式()代入式(),并考虑在交直流最优功率分配策略的应用过程中直流电网和交流电网的功率损耗,此时,区域电网的A C E改写为:A C EiBifi Pt i e,iBifi(p fd c,iji,jiPt i e d c,i jp fa c,ji,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 直流 最优 功率 分配 动态 分层 LFC 方法
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。