146-
科技论坛
计及风功率波动的负荷频率广域预测控制研究
范继伟1翰默欣2
（1、东北电力大学，吉林吉林1320122、国网吉林省有限公司电力科学技术研究院，吉林长券130021）
摘要：以广城相量测量系统(WideAreaMeasurementSystem，WAMS）为技术平台，建立基于模型预测控制的含规模化风电场/群互联电网的负荷频率分收预测控制模型。以典型双区域负荷频率控制模型为例，考虑了不同风电渗造率情况，基于模型预测控制的负荐频率分散控制模型,不仅能够有效的跟踪风电输出功率的随机波动，诊持系统频率及区城间交换功率在较小的范图内变化，且控制效果明是优予常规PI型负荷频率控制器
关键词：风率波动：负荷频率：分微预测：广城预测
世界范围内的能源危机使得风电产业得到了迅速发展，规模化风电场/群开始并网发电。风电机组控制方式的具有特殊性和风能的随机性，如果电力系统可以正常运行，必须要顾及大规模风电并网对其影响，所以，深人了解并研究风电机组的动态特性，对分析有规模化风电场/群的电力系统特性具有很重要意义"。本文分析风电场有功输出的特性，同时也分析了单一风电机组的有功输出特性。在此特性的前提下，搭建了计及风电场/群控制有功输出的模型，这个模型的负荷频率控制是通过互联网进行的。
1风电场有功输出的特性和互联系统模型 1.1基于风电场/群有功输出特性
由于风能本身其有很多特点，如波动性和随机性等等，这样就使风电场功率的输出出现波动特性。风电的迅速的接入引起了电网颠率波动，大大的增加了电网调颠的负担，对于电网来说，风电场整体的功率输出特性需要我们给予关注。（图1）
1.2互联系统模型结构
许多情况下，一组发电机联系紧密，转速统一，发电机转子有相同的响应特性，这样的发电机组称为相关的发电机组，可以用一个负荷颠率控制环代表，称为控制区域图。以两区域系统为例，用两个等效的发电机代表两区域系统通过无损线连接，无损线电抗设为 X，每个发电区域可以用一个电抗和一个电压源进行表示，如图2。
联络线上传输的正常功率为：
EE
X.=X,+X,+X
Pua=
sinS Xa
(1)
82=8+8
在联络线额定功率处，将公式(1)进行线性处理后，得：
dPaA&, = PAu
AP. =
da.
(2)
P是功角曲线在初始运行角5，-6,=6，处的斜率，为同步功
率系数.因此有：
P- rka
EE
ds,
X
.cosda
ep E
y
M
图1某风电场风功率变化曲线图
x
X
E
图2两区域互联的系统等效网络
依据模型控制算法原理，首先要根据系统当前时刻（即k时刻）的状态信x(K+1)及状态方程，在预测时域N。内对系统响应 y;(k+N,k）进行预测，如下式所示。
y,(k +1Ik) = C,4,x,(k) +C,Bu,(K|k)
y, (k + 2 I k) = C,A,x (k +1) + C,B,u (k + 1|k) = C, 4x, (k) + C,A.B,u,(k k) + C,B,u, (k + 1|k)
(5)
式中,N.为控制时域，N.≤N。；>(k+Jk)表示k时刻预测系
统在k+i时刻的输出响应i=1,...,N.；"，（+k）表示k时刻变(3)
两区域系统的负荷颠率控制模型主要由发电机负荷、原动机、调速器、联络线系统等几部分的模型组成的。使用处理后模型来模拟运行点左右的系统动态的变化情况。因此，用合理的假设和近似的处理方式来建立元件数学模型，对其进行了一定的简化，并且简化为低阶线性模型图
2分散LFC预测控制算法
2.1预测模型。当预测控制器进行模型化设计时，首先需离散化处理线性化模型。在涉及到互联电网的基础上，搭建负荷频率控制模型，风电有功输出的不可测性将在模型中考虑到，将与被研究区域1相关联的联络线上功率，这样条件可以当成作为不确定性扰动予以处理，则可以得到区域:的离散状态方程为：
[x,(K + 1) = 4,x,(k) + B,,(k) y;( + 1) = C,x,(K)
(4)
量的计算值.j=0,1,",N,-1;I为单位矩阵；当N,≤j≤N，时 u,(k + j|k ) = u;(k + N,-1|k),
2.2滚动优化。对于模型预测控制算法的原理，它可以很好的使用预测模型，通过其对预测未来的系统输出，然后进行优化，对于预测的每个周期，第一个控制是在实施优化后的控制序列中得到的，
在其控制时域内，频率控制器在区域:的性能函数为：
J = min(Y, Y)Q(Y, Y)+UT RU
[x(mn ≤x,(k)≤Xr.ms yr.min ≤y,(k)≤y(max ur.min ≤u,(k)≤u(,mx
(6)
式中，Y,为在其目标时域内被控系统的参考响应，Q和R为对
通讯作者：范继伟(1985-)，男，吉林省吉林市，东北电力大学，项士研究生，研究方向为电力系统分析与控制