[发明专利]混合能源电力系统中燃气轮机发电机组的控制方法

说明书

本发明公开了一种混合能源电力系统中燃气轮机发电机组的控制方法，包括步骤：一、建立孤岛模式下燃气轮机发电系统的数学模型；二、设计控制器并利用控制器控制燃气轮机：1、动态面设计，2、利用反步法设计鲁棒自适应控制器，3、设计可靠性控制器。本发明混合能源电力系统中燃气轮机发电机组的控制方法，通过设计的鲁棒自适应控制器对复杂的非线性燃气轮机系统进行控制，够获得较好的控制效果；且通过设计的可靠性控制器控制燃气轮机系统，当负载扰动时或执行器故障时，能够保障系统可靠工作。

技术领域

本发明涉及混合能源电力系统发电领域，特别涉及一种应用于燃气轮机发电系统的功率控制和可靠控制的方法。

背景技术

当前雾霾现象严峻，环境问题日益凸显，加快新能源(包括太阳能、风能等)发电系统建设并提高能量转换效率，调整化石燃料占电力系统比重至关重要。然而新能源系统中的光伏发电和风力发电利用的太阳能和风能，二者均具有间歇性特性。在无光照或风力不足的条件下，光伏发电和风力发电产生的能量不足以满足负载侧的用电需求。以天然气或液体燃料作为燃料的燃气轮发电机组就显出其独特的优势，它可以作为补充能源用在电网中。有许多文献针对天然气与风力发电、光伏发电和蓄电池发电系统的融合控制策略展开研究。而且，随着天然气和液体燃料在一次能源中比例的上升，以及燃气轮机技术的成熟，燃气轮机在我国发电设备中的比例逐渐增大，以燃气轮机为核心的总能系统将成为我国火电动力的发展趋势。因而，融合天然气等清洁能源的混合能源电力系统成为解决化石燃料环境污染的有效方式之一。

随着人们对实际问题的研究和解决与控制理论的成熟，燃气轮机的控制理论逐渐发展起来并突破了经典PID算法，先进控制算法主要包括模糊控制、模糊神经网络、预测控制、鲁棒控制、内模控制、反馈线性化控制等也被引入其中。然而在燃气轮机最重要的转速控制环节，都采取的是PID控制器或者超前滞后传递函数来处理。然而针对非线性多变量的复杂燃气轮机系统，当负载侧的负荷需求发生改变时，燃气轮机发电系统将会受到扰，这二者的控制方法常常不能获得预期的控制效果。并且忽略执行器故障给燃气轮机带来的影响，导致燃气轮机发电系统不能可靠地工作，将会对整个混合系统或者电网产生扰动。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种混合能源电力系统中燃气轮机发电机组的控制方法，以解决现有技术中燃气轮机控制忽略了执行器故障，导致发电系统不能可靠工作的问题，以及解决燃气轮机的转速控制环节多采用传统的PID算法，对于复杂的非线性多变量燃气轮机系统控制效果不够好的问题。

本发明混混合能源电力系统中燃气轮机发电机组的控制方法，包括以下步骤：

一、建立孤岛模式下燃气轮机发电系统的数学模型：

其中，x₁代表为燃气轮机转速，x₂为进入涡轮气体流量W_f2，x₃为燃烧室燃料流量W_f，x₄为经过阀门调整后进入的燃料量，其中u为转速控制信号；T_e为永磁同步电机的电磁转矩，J为转动惯量；T_CD为涡轮环节时间参数，其中a,b,c为阀门位置常数，K_a,T_a为燃料传动系统参数，k_f为最小负荷常数，其中k_f的取值范围为k_l～(1-k_l)；

考虑执行器故障情况，上式可以改写为：