基于线性自抗扰控制的电力系统负荷频率控制的性能优化

作     者：Shahzad Ali 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：杨国田

授予年度：2019年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：负荷频率控制 线性自抗扰控制 双馈异步风力发电机 风能转换系统 混合混沌萤火虫蝙蝠优化算法 

摘      要：自动发电控制(Automatic Generation Contro],AGC)是现代二级电网调度中心实现二次调频的重要手段,这种控制和调节通常被称为负荷频率控制(Load Frequency Control,LFC)。负荷频率控制实时自动跟踪电力系统中的负荷扰动,保持发电量与负荷需求的平衡,使系统的频率保持在额定值,是保证电能质量的重要方面。针对系统的不确定性和非线性,传统控制器不能取得令人满意的控制效果。因此,需要采用先进的控制方法获得更好的控制结果。本文主要研究基于线性自抗扰控制算法(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)的负荷频率控制优化,同时将控制器参数调至最佳值。首先,由于风的不可预测性,在风电穿透率高的复杂电力系统中,LFC问题具有更高的挑战性。因此,本文在具有高透风率的电力系统单区域进行实验,通过抑制系统内、外部干扰来调节负荷频率。LADRC算法通过扩展状态观测器(Extended State Observer,ES0)实时估计未建模的动力学特性和外部干扰,并用简单的线性比例-微分(Proportional Derivative,PD)控制律对其进行补偿。此外,将LADRC的参数整定过程优化为两个带宽:观测器带宽和控制器带宽。针对风侵量大的电力系统单区域线性调频问题,采用改进的蝙蝠算法对控制器参数进行了优化。最后,为了验证本文方法的有效性,将结果与传统的比例-积分(Proportional Integral,PI)和模糊逻辑PI控制器进行了比较。其次,本文将基于LFC的LADRC算法应用于包括锅炉动力学和物理约束在内的四个区域互联的火电系统。该系统中控制器的作用是调节负载扰动、参数不确定性等引起的标称频率、区域控制误差(Area Control Error,ACE)、联络线功率偏差,同时该系统有可能是非线性的。利用LADRC的显著特点,通过PD控制对内、外部干扰及进行实时估计和补偿。采用混合混沌萤火虫蝙蝠优化算法对控制器参数进行优化,并以积分时间绝对误差(Integral Time Absolute Error,ITAE)作为优化性能指标。最后,将该控制器与FLPI和FLiPID控制器进行了实验比较。通过仿真结果表明,与PI、FLPI和FLiPID控制器相比,LADRC控制器优势更明显,控制效果更好。本文针对不同情况下的电力系统进行了仿真,如改变风的穿透力、运行时的负荷扰动、参数不确定和基于蒙特卡罗的鲁棒性分析,其结果表明,相对于其他控制器,本文提出的控制方案具有更强的鲁棒性和稳定性。