[发明专利]一种面向大电网的主动频率响应模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种面向大电网的主动频率响应模型预测控制方法，其目的是首先通过基于电网频率时空分布特性构建主动频率响应控制框架，将频率响应控制由分散反馈控制转变为集中前馈控制，为多种调频手段的协调优化奠定理论基础；其次通过使用模型预测控制，既克服了现有频率响应延迟引起的控制滞后问题，又综合考虑了各调频手段调节特性与系统运行约束，在保证系统运行安全的前提下充分发挥了系统整体频率响应能力，本方法解决现有频率响应延迟引起的控制滞后问题，并对各调频手段出力进行协调优化，从而最大程度地发挥各区域整体频率响应能力。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种面向大电网的主动频率响应模型预测控制方法。

背景技术

我国地域辽阔，能源消费与资源分布很不均衡，特别是西南水电、风电、光伏发电等的大范围开发，导致大规模能源基地的煤电、风电等需经电力输送网络送至负荷中心，且能量输送量巨大。为解决远距离输电损耗巨大、输电线路走廊紧缺等问题，但我国环境相对较差，直流线路积污速度快，特高压直流单极闭锁故障率高；而且还存在交流电网运行技术也不够成熟，输送功率有限，区域间功率交换能力不足的问题。这就导致特高压交直流混联电网输电存在一定的风险，其故障将使送端系统产生功率盈余，受端系统产生大功率缺额，同时对电网频率、潮流产生冲击，要求系统有良好的频率响应能力。

随着节能减排、环境保护、经济性和负荷增长等要求的提高，高能耗高污染的小火电机组已由清洁高效的大火电机组代替，核电机组也大面积建设投产，系统遭受潜在有功功率扰动量增大，电源刚性化增加，对负荷变化的响应能力变差。此外，大型机组允许频率变化范围较小，运行频率过高或过低都可能会引起保护装置动作并触发连锁事故，电力系统频率响应能力尤为重要。

近年来，可再生能源迅猛发展，并网量逐年上升，大大挤占了常规机组的上网空间。因可再生能源机组一般不具备频率响应能力，电力系统频率响应能力减小，惯性质量降低，抵御故障的频率响应能力显著下降，可再生能源并网与系统频率响应之间产生矛盾，导致现代电网频率响应需求量增加、响应能力降低。

现有频率响应，无论是常规机组基于调速器的频率响应还是基于两侧本地频率的直流调制，均依据本地频差动作，是分散控制。系统中出现大功率缺额时，频差时空分布特性明显，远距离机组感知的本地频差小，功率支援量少，而故障点频率下降严重，极易低频减载，甚至导致电网崩溃。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种面向大电网的主动频率响应模型预测控制方法，其目的是首先通过基于电网频率时空分布特性构建主动频率响应控制框架，将频率响应控制由分散反馈控制转变为集中前馈控制，为多种调频手段的协调优化奠定理论基础；其次通过使用模型预测控制，既克服了现有频率响应延迟引起的控制滞后问题，又综合考虑了各调频手段调节特性与系统运行约束，在保证系统运行安全的前提下充分发挥了系统整体频率响应能力，具体方案包括以下步骤：

S1：建立电力系统的主动频率响应控制框架；

S2：对频率响应紧急程度进行等级划分，将不同程度的频率响应紧急状况制定对应的控制策略形成控制决策表；

S3：提出主动频率响应控制策略为扰动同步区与非扰动同步区设计频率变化过程中的控制目标和控制方式：在扰动发生后根据电力系统功率缺额处于紧急程度的高低采用被动频率响应控制策略和主动频率响应控制策略进行控制；

S4：制定主动频率响应模型预测控制策略:首先建立频率响应MPC模型和设计MPC控制器，在控制策略制定时依据频率变化不同阶段控制目标为扰动同步区与非扰动同步区设计控制策略。

S2中对频率响应紧急程度进行等级划分时可依据发电机转子运动方程对系统频率的动态过程进行分析，电力将系统在不同情形下能够承受的最大功率缺额作为紧急程度划分的依据，紧急程度等级越高，对系统频率响应快速性要求就越高。