本發(fā)明屬于新型電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定控制，尤其涉及一種海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的事件觸發(fā)自抗擾頻率控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和可再生能源的快速發(fā)展，海上風(fēng)電作為清潔、可再生的能源形式，正逐漸成為能源領(lǐng)域的重要支柱。我國陸上風(fēng)電的發(fā)展已相對(duì)飽和，發(fā)展海上風(fēng)電是我國能源架構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要方向。穩(wěn)定的海上資源和沿海地區(qū)發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)為我國海上風(fēng)電發(fā)展創(chuàng)造了良好環(huán)境。然而，海上風(fēng)電場柔性直流輸電(voltage?sourceconverterbasedhighvoltage?directcurrenttransmission，以下簡稱vsc-hvdc)并網(wǎng)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中面臨著頻率波動(dòng)、穩(wěn)定性差、維護(hù)成本高等挑戰(zhàn)，這嚴(yán)重制約了其大規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展。

2、現(xiàn)有海上風(fēng)電并網(wǎng)的頻率控制方法大多為一次調(diào)頻控制方法。lu等人在文獻(xiàn)“zongxiang,lu,ying?ye,ying?qiao.an?adaptive?frequency?regulation?method?withgrid-friendlyrestoration?for?vsc-hvdc?integrated?offshore?wind?farms[j].ieeetransactions?on?powersystem.2019,34(5):3582-93”中利用海上風(fēng)電場內(nèi)備用機(jī)組的容量來填補(bǔ)調(diào)頻后降低的功率，提出海上風(fēng)電場內(nèi)的協(xié)調(diào)控制策略。楊等人在文獻(xiàn)“楊金剛，袁志昌，李順昕，等.經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)的大型風(fēng)電場頻率控制策略[j].電力自動(dòng)化設(shè)備，2019，39(06)：109-114.”中提出海上風(fēng)電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制結(jié)合風(fēng)電機(jī)組虛擬慣量控制策略，同時(shí)vsc-hvdc網(wǎng)側(cè)換流站使用直流電容虛擬慣性控制，有效提升了互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)的慣性響應(yīng)能力。

3、以上方法都是基于風(fēng)電機(jī)組虛擬慣量的一次調(diào)頻策略，然而，當(dāng)負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，頻率偏差超過一定范圍，僅僅依靠一次調(diào)頻無法使頻率偏差穩(wěn)定至0。對(duì)于負(fù)荷波動(dòng)較大的系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)頻率的完全恢復(fù)，依靠一次調(diào)頻的控制往往是不夠的。因此，研究海上風(fēng)電場經(jīng)vsc-hvdc并網(wǎng)系統(tǒng)的事件觸發(fā)自抗擾(event-triggered?active?disturbancerejection?control，以下簡稱et-adrc)負(fù)荷頻率控制(loadfrequency?control，以下簡稱lfc)策略能夠確保設(shè)備正常運(yùn)行、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定、提高系統(tǒng)抗干擾能力等，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的事件觸發(fā)自抗擾頻率控制方法，控制頻率穩(wěn)定的事件觸發(fā)自抗擾負(fù)荷頻率控制方法，該方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)頻率波動(dòng)的有效抑制，且同時(shí)兼顧了控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的事件觸發(fā)自抗擾頻率控制方法，包括：

3、s1、構(gòu)建海上風(fēng)電場經(jīng)柔直并網(wǎng)系統(tǒng)lfc模型；

4、s2、根據(jù)含海上風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)中各區(qū)域所表述系統(tǒng)狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)方程，構(gòu)建含海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)的多區(qū)域系統(tǒng)模型；

5、s3、根據(jù)多區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)中adrc控制器的采樣序列，結(jié)合連續(xù)事件觸發(fā)機(jī)制，設(shè)計(jì)連續(xù)事件觸發(fā)機(jī)制的觸發(fā)條件；

6、s4、根據(jù)互聯(lián)電力系統(tǒng)輸出的ace信號(hào)設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)連續(xù)事件觸發(fā)adrc的控制律，得到事件觸發(fā)adrc控制器即et-adrc控制器；

7、s5、針對(duì)海上風(fēng)電場有功輸出波動(dòng)和系統(tǒng)發(fā)生負(fù)荷擾動(dòng)的特性，構(gòu)建混合擾動(dòng)下lfc模型，并將et-adrc控制器應(yīng)用于海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)中。

8、在本發(fā)明一實(shí)施例中，步驟s1中，所述海上風(fēng)電場經(jīng)柔直并網(wǎng)系統(tǒng)lfc模型包括海上風(fēng)電機(jī)組有功功率輸出模型、vsc-hvdc功率傳輸模型、附加慣性控制。

9、在本發(fā)明一實(shí)施例中，步驟s2中，所述含海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)的多區(qū)域系統(tǒng)模型包括事件觸發(fā)自抗擾控制器的設(shè)計(jì)。

10、在本發(fā)明一實(shí)施例中，海上風(fēng)電場的捕獲機(jī)械功率以及海上風(fēng)電機(jī)組有功輸出方程表示為：

11、

12、其中，α是由葉尖速比和槳距角計(jì)算出的過程變量，cp(λ,β)為風(fēng)能利用系數(shù)，λ為葉尖速比，β為槳距角，ρ為空氣密度，r為風(fēng)輪半徑，v為風(fēng)速，ωw為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，kopt為最大功率追蹤系數(shù)，popt為海上風(fēng)電機(jī)組輸出功率參考值，pw為引入附加慣性控制后，海上風(fēng)電場的有功功率輸出參考值，pf為附加慣性控制的輔助功率，kp、kd分別為比例系數(shù)和微分系數(shù)，δf為系統(tǒng)頻率偏差；

13、vsc-hvdc功率傳輸模型表示為：

14、

15、其中，s為拉普拉斯變換的運(yùn)算符，evsg和dvsg為參考點(diǎn)pf和擾動(dòng)ωg到輸出點(diǎn)pwv的閉環(huán)傳遞函數(shù)，pwv為海上風(fēng)電場經(jīng)vsc-hvdc輸出的有功功率，gvsg為vsc-hvdc的傳遞函數(shù)，gg為的積分環(huán)節(jié)，為標(biāo)稱角頻率，，為同步功率系數(shù)，xt為總電抗，ωg為交流母線頻率。

16、在本發(fā)明一實(shí)施例中，含海上風(fēng)電場-柔直并網(wǎng)系統(tǒng)的第i(i＝1,2,3,…,n)個(gè)子區(qū)域的動(dòng)力學(xué)方程表示為：

17、

18、整個(gè)多區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型表示為：

19、

20、其中，ci＝[ηi1?0?0]，表示xi(t)的導(dǎo)數(shù)，xi(t)為系統(tǒng)狀態(tài)，ui(t)為控制信號(hào)，ωi(t)為擾動(dòng)，yi(t)為輸出信號(hào)，ai、bi、ci、fi為系統(tǒng)狀態(tài)方程的系數(shù)矩陣，δpmi為區(qū)域發(fā)電機(jī)的有功出力變化量，δpci為二次調(diào)頻的補(bǔ)償功率，δpwvi為海上風(fēng)電-柔直的有功輸出變化量，δpli為負(fù)荷擾動(dòng)，δptie,ij為兩區(qū)域間功率聯(lián)絡(luò)線的偏差，δfi為區(qū)域頻率偏差量，acei為區(qū)域i的區(qū)域控制偏差信號(hào)，ηi為系統(tǒng)某區(qū)域頻率偏差系數(shù)，tpi和di為分別為慣性常數(shù)和阻尼系數(shù)，tgi為火電機(jī)組調(diào)速器時(shí)間常數(shù)，tti為火力發(fā)電機(jī)時(shí)間常數(shù)，tij為聯(lián)絡(luò)線同步系數(shù)，ri為區(qū)域i調(diào)速因數(shù)。

21、在本發(fā)明一實(shí)施例中，步驟s3中的采樣序列為：

22、ζ1＝{0,t,2t,…nt,…},n∈ν；

23、其中，t為采樣周期，ν表示正整數(shù)；

24、所述連續(xù)事件觸發(fā)機(jī)制表示為：

25、

26、其中，x(t)和x(tk)分別為系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)和系統(tǒng)事件觸發(fā)時(shí)刻的狀態(tài)，e(t)為系統(tǒng)當(dāng)前輸出狀態(tài)與上一輸出狀態(tài)之前的誤差，δ為設(shè)定的觸發(fā)閾值，tk為當(dāng)前傳輸?shù)牟蓸铀查g，tk+1為下一傳輸?shù)牟蓸铀查g；

27、觸發(fā)時(shí)刻表示為：

28、ζ2＝{t0,t1,t2,…,tk,tk+1,…}；

29、其中，

30、在本發(fā)明一實(shí)施例中，步驟s3之后，在連續(xù)事件觸發(fā)機(jī)制下et-adrc擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的輸入信號(hào)為：

31、yi(t)＝acei,t∈(tk,tk+1)；

32、利用輸入信號(hào)對(duì)步驟s2中的整個(gè)多區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型進(jìn)行擴(kuò)張觀測得到互聯(lián)系統(tǒng)的觀測狀態(tài)，表示為：

33、

34、其中，是系統(tǒng)的觀測狀態(tài)；是擴(kuò)張狀態(tài)觀測器得到的擴(kuò)張狀態(tài)觀測值，由系統(tǒng)的擾動(dòng)所決定，ε作為高增益參數(shù)，ε設(shè)為(0,1)，gi(·)為某些選定函數(shù)，u(t)為控制信號(hào)，y(t)為輸出信號(hào)；

35、根據(jù)系統(tǒng)的觀測狀態(tài)，et-adrc表示為：

36、

37、其中，ei(t)定義為這里tm表示前一個(gè)觸發(fā)事件的觸發(fā)時(shí)刻，其中m表示時(shí)間段(0,t)內(nèi)觸發(fā)事件的總數(shù)，δ1＞0，ki為常數(shù)，z(t)為控制律，當(dāng)r(t)＝1時(shí)，控制信號(hào)z(t)傳輸。

38、在本發(fā)明一實(shí)施例中，步驟s5，包括：基于海上風(fēng)電場所面臨的風(fēng)速不穩(wěn)定性，構(gòu)建海上恒定風(fēng)速發(fā)生突變模型，以及海上隨機(jī)風(fēng)速模型；考慮多區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)可能發(fā)生的狀況，構(gòu)建區(qū)域隨機(jī)負(fù)荷擾動(dòng)模型，并結(jié)合海上隨機(jī)風(fēng)速和區(qū)域隨機(jī)負(fù)荷擾動(dòng)共同作用于互聯(lián)系統(tǒng)，構(gòu)建混合擾動(dòng)下的lfc模型。

39、在本發(fā)明一實(shí)施例中，步驟s5具體實(shí)現(xiàn)如下：

40、s5.1、海上突變風(fēng)va的突變量是模型中不確定的分量，用來描述風(fēng)速突變的特性，在數(shù)學(xué)模型上表示為：

41、

42、其中，va為海上突變風(fēng)，ta為突變時(shí)間；

43、s5.2、海上隨機(jī)風(fēng)是海上風(fēng)電系統(tǒng)中隨機(jī)性的主要來源，海上風(fēng)電機(jī)組輸出功率不斷波動(dòng)的直接原因是隨機(jī)風(fēng)速不斷波動(dòng)的特性；

44、模擬海上隨機(jī)風(fēng)選用隨機(jī)噪聲來表示風(fēng)速變化的隨機(jī)性，因此，選擇通過濾波后的高斯白噪聲來模擬海上隨機(jī)風(fēng)速；

45、隨機(jī)負(fù)荷擾動(dòng)表示為一個(gè)與頻率和電壓相關(guān)的函數(shù)：

46、

47、其中，pli是負(fù)荷功率，pn是基準(zhǔn)功率，v是電壓，vn是電壓基準(zhǔn)值，f是電力系統(tǒng)頻率，fn系統(tǒng)頻率基準(zhǔn)值，δprand為隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)，ap,bp,cp,dp為模型待設(shè)定參數(shù)；

48、對(duì)于隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)δprand將其假設(shè)為一個(gè)隨機(jī)過程，采用自動(dòng)回歸滑動(dòng)平均模型來描述其隨時(shí)間的變化規(guī)律，表示為：

49、

50、其中，γi和θj是模型參數(shù)，p和q是模型階數(shù)，ε(t)是白噪聲序列。

51、本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有能夠被處理器運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序指令，當(dāng)處理器運(yùn)行該計(jì)算機(jī)程序指令時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)如上述所述的方法步驟。

52、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明針對(duì)海上風(fēng)電場有功輸出的波動(dòng)特性以及多區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)的負(fù)荷擾動(dòng)，提供了一種海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)多區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)的事件觸發(fā)自抗擾負(fù)荷頻率控制方法。并且，為了保證系統(tǒng)控制性能的高效穩(wěn)定性，基于adrc控制器的采樣序列以及連續(xù)事件觸發(fā)機(jī)制，提出了所訴et-adrc的觸發(fā)律。再次，跟據(jù)互聯(lián)電力系統(tǒng)輸出的ace信號(hào)設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)連續(xù)事件觸發(fā)adrc的控制律，得到所述事件觸發(fā)adrc負(fù)荷頻率控制器，運(yùn)用于海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)多區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)中。本發(fā)明可以在海上風(fēng)電場風(fēng)速隨機(jī)變化以及多區(qū)域負(fù)荷隨機(jī)擾動(dòng)的情況下，實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)多區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定運(yùn)行。最后，通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提事件觸發(fā)自抗擾頻率控制方法的有效性及優(yōu)越性。