[发明专利]风力发电系统的非脆弱离散PID控制方法、系统及终端

说明书

本发明属于风电系统控制技术领域，公开了风力发电系统的非脆弱离散PID控制方法、系统及终端，调整系统频率达到额定值或维持区域联络线交换功率为计划值，构建单区域的风电系统LFC模型；通过耗散理论，建立多区域互联的风电系统；设计非脆弱PID控制器，将离散特征引入已建立的风电系统模型中；构建基于非脆弱离散PID控制器的多区域互联风电系统的动态模型，实现非脆弱离散PID控制。本发明提供的PID控制器的三个坏节相互配合，可以使动态过程快速，稳定、准确，获得更好的控制效果；将控制器离散化，离散数据易于在模型上快速迭代，简化了逻辑模型，方便了计算结果的存储，增强了系统抵抗外部干扰能力，使模型结果更加稳定。

技术领域

本发明属于风电系统控制技术领域，尤其涉及一种风力发电系统的非脆弱离散PID控制方法、系统及终端。

背景技术

目前，随着能源供应问题日益严峻，生态环境逐渐恶化，太阳能发电、风能发电、水力发电等清洁能源越来越受到重视。其中风力发电机制造成本的不断降低，化石燃料的逐渐减少及其开采成本的增加，风力发电展现了它的强大发展潜力。在风电效率快速增长和碳排放最小化的背景下，世界各国和地区都加快了过去十年风电设施的部署，我国政府也同样重视风电领域，不断下达政策扶持中国的风电产业。

风电系统发展初期，其规模小和控制要求低。但随着电力和技术的不断发展，风电系统的规模不断扩大，而且风电能源由于分散性分布和间歇性输出等特点，无法像传统能源一样进行集中大规模发电，为了克服此问题，需要重建风电系统，因而多区域互联风电系统应运而生，区域间的互联程度也日益增强，目前电网已经形成了的多区域互联的大型风电系统。电力系统的互联存在很多的优点如：1)更合理、更经济开发一次能源，实现水火资源优势互补，也可以实现新能源并入电网，既解决了能源和负荷分布不平衡的问题，又能充分发挥它们的作用。2)减少备用容量，通过电力系统互联，无论是在正常运行还是故障时，各区域之间都可以利用联络线进行支援，从而既减少了检修备用容量，也减少了事故备用容量。3)降低系统总的负荷峰值，负荷发生扰动时，互联电力系统可以短时相互支援，而且可以进行错峰调整，从而能够降低负荷产生的峰值，降低了区域电网的总装机容量。4)提高了电力系统的安全可靠性，由于互联后的电力系统容量增大，一些故障对系统的影响较小，同时发生故障的概率相对较小，而且又能够互相支援，因此对提高了安全可靠性。5)提髙电力系统运行的经济性，由于各个区域的供电成本可能有所不同，在能源丰富地区的发电厂发电成本较低。所以通过区域的互联可以实现电能的经济调度从而获得经济效益。多区域互联风电系统可统一广泛分布的风电站从而实现分散能源高效灵活地利用，该系统既可以通过电网控制统筹大规模提供用户电能，也可以独立控制单个风电系统运行直接向用户提供电能。但是，多区域的风电能源接入互联风电总系统会给传统风电系统带来很大的冲击和挑战。

频率是衡量风电系统运行质量和安全的重要指标。发电量和用电量的不平衡将严重影响电力系统的稳定性。负载频率控制(LFC)，也称为二次调节，将调用系统的有功功率来恢复系统频率。LFC的两个主要功能是保持系统频率和确保系统之间的功率交换在正常范围内。因此，在过去的十年中，LFC的分析和设计受到了极大的关注。近年来，风力发电受到了越来越多的关注，风电网络频率控制对保证电力系统的安全经济运行具有重要的现实意义，同时，风能的利用将为中国的环保事业做出巨大贡献。然而，在开放市场环境下，含有大规模风电的电力系统，具有间歇性和波动性，将遇到严重的频率调节问题。因此，有必要设计合理的频率调节方法，一些报告已经提出了包含风电单元的系统中频率调节问题的方法。

互联风电系统被视为多个区域的组合，其相邻区域之间的互联在物理上远离调度中心。一般情况下，为了便于操作和控制，采用的方案是采集系统数据，即联络线的功率和频率，并通过数据链路将信息传输给调度中心。而对于基于连续信号的负载频率控制问题，研究控制策略离散化的效果非常重要。在实际生产中，LFC系统大多采用PI控制。但目前对PI-LFC控制的研究大多只进行传统的参数调整，在许多负载方案和运行环境下都无法获得良好的动态性能。而且一般的控制系统不仅对稳定控制有要求，而且对动态指标也有要求，这就意味着比例和积分调节不能完全满足要求，相关方面的研究面临新的挑战。