[发明专利]一种基于模型预测控制的储能参与电网一次调频控制方法

权利要求书

1.一种基于模型预测控制的储能参与电网一次调频控制方法，其特征在于，以电网调频死区为界，在兼顾电网的调频需求与储能SOC恢复需求的基础上，通过模型预测控制来确定不同频率区间内储能的出力目标与出力深度，从而确定相应区间内的模型预测控制输出加权矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种基于模型预测控制的储能参与电网一次调频控制方法，其特征在于，以含储能电池的区域电网调频动态模型为研究对象，得到其状态方程为：

y＝Cx

其中，x、u、y分别表示状态变量、控制变量和输出变量，其中：

x^T＝[ΔP_b ΔP_g ΔP_r ΔX_g Δf ΔP_L SOC]

u＝Δu

y^T＝[Δf SOC]

相应的三个矩阵为：

在进行进一步的滚动优化之前，将连续时间模型转化为离散时间模型：

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)

y(k)＝Cx(k)

其中，

其中T_S为系统采样时间。

3.根据权利要求2所述的一种基于模型预测控制的储能参与电网一次调频控制方法，其特征在于，所述离散时间模型用于预测系统起始于k时刻的未来一段时间内的频率偏差和储能的SOC变化情况；选取各采样时刻的预测输出y(k)和参考轨迹r(k)的偏差作为模型预测问题的控制目标，得到其目标函数为：

式中y(k+i|k)为在k时刻对系统输出在未来k+i时刻的预测，其中i∈(0,H_p)；r(k+i|k)为在k时刻对系统输出在未来k+i时刻的参考值；Q为输出加权矩阵；u_min、u_max、y_min、y_max分别为控制变量和输出变量的上下限；H_p为预测时域，H_u为控制时域，并且满足H_p≥H_u；

将目标函数写为：

其中，

由所述离散时间模型推导得到Y(k)、U(k)的关系为：

Y(k)＝Fx(k)+GU(k)

其中，

因此，得到目标函数为：

J(k)＝U^THU+2f^TU+J_q

其中，

H＝G^TQG；f＝G^TQ^T(Fx-R)；J_q＝(Fx-R)^TQ(Fx-R)。

4.根据权利要求3所述的一种基于模型预测控制的储能参与电网一次调频控制方法，其特征在于，通过二次规划来求解目标函数的最小化；通过目标函数在有限时间段内的最优化来确定未来一段时间的储能电池的最优控制变量矩阵U(k)，再将控制变量矩阵中的第一个控制量u(k|k)作用于储能电池；在下一采样时刻，优化时段向后推移，重复整个过程。

5.根据权利要求4所述的一种基于模型预测控制的储能参与电网一次调频控制方法，其特征在于，以电网调频死区为界，将其频率工况分为不同的区间；在每个区间上结合储能电池的SOC恢复需求和电网的调频需求，来确定储能电池的出力目标和出力深度，以最大化储能参与调频的作用。

6.根据权利要求5所述的一种基于模型预测控制的储能参与电网一次调频控制方法，其特征在于，当电网频率处于调频死区之内时，即|Δf|≤0.033，储能电池不参与电网一次调频；在保证系统频率不会跌出死区的前提下，储能电池以SOC自恢复为目标；

因此，设置死区内模型预测控制的加权矩阵Q为：

Q＝diag(0，1)

当电网频率处于调频死区之外时，即|Δf|≥0.033，储能电池以参与电网一次调频，缩小频率偏差为目标；

因此，设置死区外模型预测控制的加权矩阵Q为：

Q＝diag(1，0)。