[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

说明书

本发明涉及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，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。该方法有利于提高调频效果，优化系统运行。

技术领域

本发明属于电力系统控制领域，具体涉及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。

背景技术

随着能源安全、生态环境和全球气候等问题日益严重，可再生能源、新能源正在电网中得到大量的使用。由于风光等新能源受光照、温度和风速等环境因素的影响，其输出功率具有间歇性、波动性等特点，给电力系统的安全稳定运行带来了巨大的挑战。并且，新能源大规模并网，导致系统惯性降低，使得系统的调频能力降低，频率波动加剧。因此，有必要引进更优质的调频电源来解决大规模新能源并网带来的电网频率稳定问题。近年来，电池储能由于其快速响应和精准出力的特性被广泛的应用于辅助电网进行频率调节。

目前有关储能参与电力系统一次调频控制策略的研究主要有以下几点问题：一方面是对SOC的管理多集中在调频阶段，未考虑到在调频死区内的SOC自恢复控制，有可能会造成储能的过充过放问题。另一方面就是目前所采用的自适应控制方法、模糊控制方法等均为滞后控制。在利用储能参与电网调频时无法充分利用储能电池快速充放电的特性。近年来，模型预测控制在电力系统调频领域得到了广泛研究。作为典型的优化控制策略，能够对复杂的多变量对象提供整体的设计方案。

发明内容

本发明的目的在于提供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，该方法有利于提高调频效果，优化系统运行。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：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。

进一步地，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。

进一步地，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：