[发明专利]一种电容储能技术用于多源电力系统频率调节优化控制方法

权利要求书

1.一种电容储能技术用于多源电力系统频率调节优化控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1建立控制区域模型

基于具有六个发电单元的两区域解除管制的电力系统，这六个发电单元通过联络线相互连接，设置热电、水电和燃气发电机组的参与系数值，两个区域都包含电容式能量存储CES单元和晶闸管控制移相器TCPS单元串联连接线，系统1区由三家发电公司组成，即具有不同容量的GENCO-1、GENCO-2和GENCO-3，GENCO-1表示热力机组，GENCO-2表示水力机组，GENCO-3表示燃气机组，两个配电公司分别为DISCO-1和DISCO-2；2区还包括三台发电机，即GENCO-4、GENCO-5和GENCO-6以及两个配电公司，即DISCO-3和DISCO-4；GENCO-4表示热力机组，GENCO-5表示水力机组，GENCO-6表示燃气机组；

具有不同合同参与矩阵cpf的两区域电力系统的分配参与矩阵DPM如下：

cpf矩阵的每个元素都表示配电公司合同总负荷功率的一小部分，并且该需求由参与交易的相应发电公司满足；因此，第ijth个“cpf_ij”是第i个发电公司向第j个配电公司提供的合同负荷需求；

在数学形式中，放开的电力市场中的本地负荷定义如下：

ΔP_D1＝ΔP_L1+ΔP_L2 (2)

ΔP_D2＝ΔP_L3+ΔP_L4 (3)

其中，ΔP_D1和ΔP_D2分别是区域1和区域2的本地负载，ΔP_L1、ΔP_L2、ΔP_L3和ΔP_L4分别是DISCO 1、2、3和4的单位负载，每个发电公司提供的发电或合同计划电力表示为

其中，ΔP_Lj是第j个配电公司的负载需求，ΔP_GCi表示在稳态条件下的发电功率，同样，如果任何配电公司所需功率超出合同规定功率时，则该未指明的合同需求将反映为未遵照合同的超额负载，并且该需求仅由与配电公司属于同一区域的发电公司实现，基于区域参与因子apf，将未签约的电力负荷需求分配给发电公司，因此，PFth₁₁、PFhyd₁₂和PFg₁₃被认为是区域1中的apf，而PFth₂₁、PFhyd₂₂和PFg₂₃被认为是区域2中的apf，那么根据每个发电公司的区域参与因子apf和预先定义的合同，每个发电公司的输出功率变化定义为：

其中，ΔP_Gci表示第i个发电公司所期望的稳态发电功率变化，表示第i个区域配电公司的未签约电力需求，在这种情况下，本地未签约负载被定义为：

其中，和分别是区域1和区域2中的未签约负荷需求，在联络线中计划功率的突然变化导致了潮流偏差的产生，并构成区域控制误差ACE，这些区域之间的预定联络线电力交换如下所示计算：

通过联络线的实际功率由等式(9)表示：

由于在联络线电力中的调度潮流而发生的误差现在表示为等式(10)：

当联络线中实际潮流达到合同规定调度值时，潮流误差变为零，这种情况称为稳态条件，ACE表示为该区域内联络线功率误差和加权频率偏差的线性化组合：

在竞争性电力市场中，考虑频率调节的该系统的线性动态行为通过以下状态变量微分方程来说明：

其中，U、X、D和D′分别表示控制、状态、干扰和未签约负载干扰向量，B、A、λ和λ’为相同维度的常数矩阵，U、X、D和D′可用式(13)-(16)表示：

U＝[U₁U₂]^T (14)

P＝[ΔP_L1ΔP_L2ΔP_L3ΔP_L4]^T or P＝[ΔP_D1ΔP_D2]^T (15)

S2建立晶闸管控制移相器模型

连接区域1和区域2的联络线之间的增量功率流用(17)表示，如下所示：

在将晶闸管控制移相器TCPS装置加入该系统后，通过区域1和区域2之间的联络线进行的实际功率流交换如下所示：

其中，扰动值δ₁、δ₂和来自额定值δ°₁、δ°₂和并遵循小信号近似方法，联络线之间的潮流扰动由等式(19)给出：

其中此外，角度偏差如下所示给出

因此，通过采用方程(19)的拉普拉斯变换，得到

式(21)展现了移相器角度调节联络线潮流交换，移相器角度的数学方程由式(22)给出；

其中，ΔF₁为区域1中误差信号的频率变化，为稳定增益，T_TCPS为晶闸管控制移相器TCPS单元的时间常数，因此，等式(21)改写为：

S3电容储能建模

电容式能量存储CES的功率的增量变化表示如下：

其中，其中i＝1、2，T₁，T₂、T₃和T₄是两级相位块的时间常数，K_CES表示增益，T_CES表示CES的时间常数；

每个区域的频率偏差信号用作电容式能量存储CES单元的输入控制信号，用于提供与频率变化相对应的所需功率量，设定电容式能量存储CES的额定工作点，使得最大允许能量吸收等于最大允许能量放电；如果电力需求超过其额定容量，则存储可能导致不连续控制，因此，CES的输出增加了基于2000MVA系统的限制器ΔP_min≤ΔP_CES≤ΔP_max，以评估其在各种合同情况下的性能，在研究汇中，假设ΔP_max和ΔP_min的值分别为0.01MW(pu)和-0.01MW(pu)，如果需求超过其预先设定的下限，CES单元将与电网断开连接；

S4优化过程如下：

S41数学公式

参数r₁表示移动方向或下一个位置的区域，即解决方案与目的地之间的间隙或在其外部；距离目的地和位置的移动用r₂表示；参数r₃表示权重，随机强调(r₃>1)或去强调(r₃<1)终点在定义空间中的作用，最后，参数r₄给出正弦分量和余弦分量之间的关系，如等式(27)所示；

以下方程用于两个周期：

其中，是当前解的位置，在iter迭代后第i个维度中，P_i是目标点在第i个维度中的位置，r₁、r₂、r₃是随机数，||表示绝对值，方程(25)和(26)合并之后如下所示：

其中，r₄是范围在[0，1]之间的随机数；

通过在[0,2π]之间的范围内定义r₂的随机数来获得外部或内部的随机位置，如等式(27)所示；因此，这种现象分别保证了搜索空间的开发，在方程(25)-(27)中正弦和余弦的范围被自适应地改变，以便使用如下给出的方程式来平衡开发：

r₂＝(2*pi)*rand() (29)

r₃＝2*rand() (30)

r₄＝rand() (31)

其中，iter_max表示最大迭代次数，iter表示当前迭代，p表示常数参数；

S42目标函数设计一个最优的自动发电控制AGC控制器

为了优化目标函数，将时间乘以绝对误差ITAE并积分，如下所示：

式中，t为仿真总时间，以秒为单位，|ΔP_tie|为联络线交换值，ΔF₁和ΔF₂分别为区域1和区域2增量频率变化的离散值，使用SCA和PSO算法，通过最小化ITAE指数来优化两个区域中PI控制器的参数，但受以下约束:

Minimize J.

其中和表示第i个区域的PI控制器的积分和比例增益，i＝1,2；两个区域增益都在范围限制(-5,5)中进行了优化；

S43正弦余弦算法的实现

使用以等式(32)形式导出的目标函数，通过对SCA进行设定次迭代，搜索PI控制器的最佳增益，实现最优解。

2.如权利要求1所述的一种电容储能技术用于多源电力系统频率调节优化控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，热电、水电和燃气发电机组的参与系数值分别设置为0.60,0.30和0.10。