以柴油機側為主的風柴混合電力系統負荷頻率控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種以柴油機側為主的風柴混合電力系統負荷頻率控制方法，包括以下步驟：1)根據風力發電機的額定功率采用PID變槳距控制方法控制風力發電機的輸出功率；2)采用基于BP神經網絡觀測器的滑模控制方法控制柴油機子系統的輸出功率，并將步驟1)中風力發電機的輸出功率作為滑模控制中可測的擾動項，建立系統狀態方程；3)采用趨近律方法計算控制輸入u(t)，根據該控制輸入優化整個混合電力系統的頻率偏差。與現有技術相比，本發明具有控制精度高、有效改善電力系統負荷頻率偏差等優點。
【專利說明】以柴油機側為主的風柴混合電力系統負荷頻率控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電力系統負荷頻率控制方法，尤其是涉及一種以柴油機側為主的風柴混合電力系統負荷頻率控制方法。
【背景技術】
[0002]近些年來，火電等傳統發電形式對環境的污染已經日益嚴重，而在傳統能源迅速耗盡的背景下，以風能、太陽能等為主要代表的新能源越來越被人們重視和研究。然而，新能源資源豐富的地區一般都比較偏遠，例如海島的風力資源、新疆地區的太陽能資源均十分豐富。偏遠地區及孤立海島由于交通的不便，大電網無法對其持續供電。這樣，這些地區也就更加具備大力開發利用新能源的條件了。然而，風速不是恒定的，風力發電機組的輸出機械功率是關于風速的立方與由受風力發電機組波動量影響的函數。所以風能的間歇性和波動性也成為了其主要的缺陷。為了解決這一問題，風機常與柴油機組成風柴混合系統給負荷供電，通過柴油機啟動快，效率高的特點來迅速彌補風能不穩定的缺陷。電力系統的頻率是電能質量的重要指標之一，在電力系統的負荷頻率控制(LFC)中，許多學者通過不同的方法來優化頻率偏差。
[0003]現有技術中有將經典的PID控制應用到調速系統的設計中，然而，對于復雜的非線性和耦合性的電力系統來說，僅靠PID控制來調頻完全是不夠的，所以許多現代控制方法已經得到了應用。風柴混合系統作為小型發電系統，其對頻率質量的要求也非常的高，所以當具有波動且較大滲透率的風電輸出接入小型電力系統中，由于僅靠柴油機自身的調節機制已無法使頻率達到滿意的效果，所以風柴混合小型電力系統仍需借助現代控制來實現調頻。文獻“風機-柴油機混合系統的負荷頻率控制，2011中國控制會議論文集”中針對風柴混合電力系統的數學模型，設計了內模控制器來調節頻率，但內模控制實際是對PI控制的改進，所以系統中存在某些不確定參數項時，控制效果可能差。文獻“AtsushiYona, Hideomi Sekine, Chul-Hwan Kim, Output power control for large wind powerpenetration in small power system, Renewable Energy，2009，，針對單域風柴混合電力系統，通過模糊控制方法實現了以風電輸出功率來調頻，但這樣必須縮小風電的滲透率，方法雖然可行，但沒有充分的利用新能源。文獻“Toshiaki Kaneko, Akie Uehara, AtsushiYonaj Tomonobu Senjyu and Chul-Hwan Kim, A new control methodology of windturbine generators for frequency control of power system in isolated island，Wind Energy.2011”同樣針對風柴混合電力系統模型，設計了最小階狀態觀測器，并通過干擾觀測值與風速值得到風電輸出指令，為了實現較好的效果，該方法同樣要縮小風電滲透率。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種控制精度高、有效改善電力系統負荷頻率偏差的風柴混合電力系統負荷頻率控制方法。[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0006]一種以柴油機側為主的風柴混合電力系統負荷頻率控制方法，所述的風柴混合電力系統包括風力發電子系統和柴油機子系統，所述的風力發電子系統包括風力發電機，所述的控制方法包括以下步驟:
[0007]I)根據風力發電機的額定功率采用PID變槳距控制方法控制風力發電機的輸出功率;
[0008]2)采用基于BP神經網絡觀測器的滑模控制方法控制柴油機子系統的輸出功率，并將步驟I)中風力發電機的輸出功率作為滑模控制中可測的擾動項，建立如下系統狀態
方程:
[0009]
【權利要求】
1.一種以柴油機側為主的風柴混合電力系統負荷頻率控制方法，所述的風柴混合電力系統包括風力發電子系統和柴油機子系統，所述的風力發電子系統包括風力發電機，其特征在于，所述的控制方法包括以下步驟: 1)根據風力發電機的額定功率采用PID變槳距控制方法控制風力發電機的輸出功率； 2)采用基于BP神經網絡觀測器的滑模控制方法控制柴油機子系統的輸出功率，并將步驟I)中風力發電機的輸出功率作為滑模控制中可測的擾動項，建立如下系統狀態方程:
2.根據權利要求1所述的一種以柴油機側為主的風柴混合電力系統負荷頻率控制方法，其特征在于，所述的步驟I)中，采用PID變槳距控制方法控制風力發電機的輸出功率具體為: Ia)計算發電機輸出功率Pg與額定功率Pg.Mf的偏差APg=Pg-Pg.Mf ; Ib)根據如下精確函數計算槳距角的變化量Λ β:
3.根據權利要求1所述的一種以柴油機側為主的風柴混合電力系統負荷頻率控制方法，其特征在于，所述的步驟2)中，基于BP神經網絡觀測器的滑模控制方法具體為: 2a)設計切換面S滿足如方程:S = Cx, C為切換增益矩陣； 2b)采用趨近律方法設計滑模控制器，令:
4.根據權利要求3所述的一種以柴油機側為主的風柴混合電力系統負荷頻率控制方法，其特征在于，所述的BP神經網絡觀測器設計如下: 設狀態方程為
【文檔編號】H02P9/04GK103595046SQ201310626187
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】米陽, 韓云昊, 包曉煒 申請人:上海電力學院