微网系统中水电机组频率控制及参数优化

作     者：李立胜 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钱晶;曹琥

授予年度：2023年

学科分类：081504[工学-水利水电工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：水电机组 频率 自抗扰控制 参数优化 

摘      要：负荷频率控制(LFC)是调节微电网系统频率达到规定范围的重要手段。随着风电、光伏等间歇性电源并网,承担调频任务的水电机组运行工况多变、调节难度增大,传统PID(比例-积分-微分)控制在抑制扰动的能力和应对工况参数变化的鲁棒性等方面的不足逐渐显现。为了充分发挥水电机组的调节优势,提高微电网对风能、太阳能光伏发电的消纳能力,文章使用一种易于在实际工程中推广的基于改进樽海鞘群算法(ISSA)优化的线性自抗扰控制(LADRC),用于水-风-光微网系统中的水电机组LFC控制器,使水电机组出力随负荷和间歇性电源的功率情况实时调整以达到调节微电网频率的目的。具体工作如下:(1)基于水力、风力和光伏发电原理对系统各单元进行了详细分析,建立了包含水电机组、风电、光伏和系统频率响应模型的独立微电网系统负荷频率控制模型。然后,结合系统模型分析了具有强鲁棒性的模糊鲁棒频率控制算法和自抗扰频率控制算法的实现机理,得出LADRC由于参数少、设计过程简单且不依赖模型而更有利于在水电机组调节控制中运用。最后将其应用到微电网系统LFC中,设计微电网系统中水电机组LADRC-LFC控制器。(2)为了获得LADRC-LFC控制器的最优参数,首先对樽海鞘群算法(SSA)进行了三方面的改进得到了ISSA算法:通过帐篷映射产生种群初始位置,提高了算法的收敛速度;在迭代的后半段将随机方向扰动加入领导者位置更新公式来增加迭代中后期的种群多样性,提高了算法跳出局部最优的能力;在追随者位置更新中引入线性递减权重,平衡了算法的全局探索能力和局部开发能力。然后利用测试函数对改进后的ISSA算法性能进行了验证。最后使用ISSA算法对LADRC-LFC控制器参数进行了优化整定,以达到最优的频率控制效果。(3)仿真结果表明本基于ISSA算法优化的水电机组LADRC-LFC控制器,在抑制微电网系统频率振荡、抑制反调、填补功率缺额、控制量信号品质等方面均优于同算法优化的PID-LFC控制器,且在水电机组工况参数变化的情况下优势更加明显,具有很强的鲁棒性。另外,由于其参数少且不依赖精确模型,在工程实际中拥有广阔的发展前景。