【摘要】：自動發(fā)電控制(Automatic Generation Control,AGC)是電網(wǎng)頻率調節(jié)、發(fā)電機組調度與控制的一項重要內容,一直備受關注。一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)負荷擾動,AGC技術可迅速調整區(qū)域內機組出力及聯(lián)絡線交換功率,恢復發(fā)電功率與用電負荷之間的平衡,維持頻率穩(wěn)定。然而,隨著電力系統(tǒng)的結構和運行方式越來越復雜多樣,電力系統(tǒng)與電廠機組的動態(tài)交互特性及相互影響越發(fā)明顯,尤其是非線性特性使得AGC系統(tǒng)傳統(tǒng)控制器的調節(jié)性能降低,以致電能質量受到影響。在參與AGC調節(jié)的機組中,火電機組占有較大比重,其功率響應能力影響著電力系統(tǒng)頻率的控制性能。現(xiàn)階段,全國電網(wǎng)各機組實施的"兩個細則"制定了機組AGC性能的考核內容,對火電機組參與調頻提出了嚴格的要求。電網(wǎng)規(guī)模的擴大和新能源發(fā)電的并網(wǎng)引起電力系統(tǒng)不確定性和隨機負荷擾動問題日益突出,如何在保證動態(tài)性能的條件下,增強對隨機擾動的抑制能力,對AGC控制策略提出了新要求。因此,研究火電機組功率與電網(wǎng)頻率的交互特性以及AGC控制策略對于保障電網(wǎng)與機組的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。本文以火電機組協(xié)調控制系統(tǒng)(Coordinated Control System,CCS)優(yōu)化、機組與電網(wǎng)的交互特性分析以及AGC控制策略研究三個方面,開展了以下工作:為提高火電機組AGC性能,基于電廠機組的歷史數(shù)據(jù),設計了電廠側計算AGC性能指標的方法。結合計算出的AGC性能指標和主蒸汽壓力的ITAE指標,設計了新的優(yōu)化目標函數(shù),并基于此目標函數(shù),開展CCS系統(tǒng)控制器參數(shù)的遺傳優(yōu)化研究,證明了所提目標函數(shù)在保證機組穩(wěn)定運行的同時可提升AGC性能。最后,基于機組與電網(wǎng)交互的AGC系統(tǒng)模型,分析了 CCS系統(tǒng)參數(shù)變化對AGC頻率特性的影響,證明了負荷擾動發(fā)生后基于所提目標函數(shù)的CCS系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化提高了機組的AGC性能,降低了電網(wǎng)頻率偏差最大變化量。為深入分析電力系統(tǒng)非線性特性,提出了一種基于Adomian分解法(Adomian Decomposition Method,ADM)的改進解析數(shù)值集成算法。應用微分變換理論求解得到了解析解的矩陣表達形式,簡化了 ADM各階解分量的解析表達式。根據(jù)所定義的遞歸誤差,實現(xiàn)了步長和截斷階數(shù)的自動調整,提高了算法進行全局仿真的精度和迭代步長。針對耦合非線性系統(tǒng)存在多個子系統(tǒng)的情況,分析了不同的截斷標準對求解系統(tǒng)的精度的影響�；谒崴惴�,對電力單機無窮大(Single Machine Infinite Bus,SMIB)系統(tǒng)進行了非線性動力學研究,證明了隨著擾動幅值的增大,電力系統(tǒng)出現(xiàn)1周期到多周期的分岔現(xiàn)象,甚至會出現(xiàn)混沌�？紤]到電力系統(tǒng)發(fā)生有功功率擾動會引起系統(tǒng)振蕩,基于電力單機無窮大系統(tǒng)的 Phillips-Heffron 模型,建立了聯(lián)合自動電壓調節(jié)(Automatic Voltage Regulation,AVR)回路和自動發(fā)電控制回路的含雙飽和環(huán)節(jié)的耦合模型。分析了耦合模型中的發(fā)電機變化率約束(Generation Rate Constraint,GRC)和勵磁飽和約束特性。采用所提的ADM改進解析數(shù)值集成算法,求解得到了所建立的耦合非線性系統(tǒng)的ADM解析解,仿真研究了 AGC的PI參數(shù)和飽和環(huán)節(jié)參數(shù)對系統(tǒng)頻率與有功功率的影響,AGC系統(tǒng)PI控制參數(shù)設置不當會引起頻率與有功功率振蕩或者發(fā)散,而適當?shù)陌l(fā)電機變化率約束和勵磁飽和約束對AGC系統(tǒng)的發(fā)散現(xiàn)象可產(chǎn)生抑制作用。在周期性汽輪機調節(jié)閥開度擾動或周期性負荷擾動的條件下發(fā)生共振時,在合理的范圍內,提高PI控制器比例系數(shù)會增大耦合系統(tǒng)的共振頻率,而提高積分系數(shù)會增大耦合系統(tǒng)的共振振幅。通過周期性擾動下飽和特性分析,表明GRC和勵磁飽和環(huán)節(jié)參數(shù)會影響到耦合系統(tǒng)的共振振幅。針對AGC系統(tǒng)存在GRC和時延問題,應用Hopf分岔勞斯判據(jù)和時延系統(tǒng)穩(wěn)定判據(jù),在分別計算出了 AGC系統(tǒng)的飽和PI穩(wěn)定域和時延PI穩(wěn)定域的基礎上,根據(jù)ADM改進解析數(shù)值集成算法,分別得到了 AGC飽和非線性系統(tǒng)和AGC時延系統(tǒng)的ADM解析解,并通過控制系統(tǒng)的時序圖及相位圖驗證了所求PI穩(wěn)定域的正確性。AGC系統(tǒng)被等效為負荷頻率控制回路與機組控制回路組成的串級控制系統(tǒng),通過將PI穩(wěn)定域轉化為控制器參數(shù)優(yōu)化的約束條件,對AGC串級系統(tǒng)進行了內外環(huán)PI控制器參數(shù)遺傳尋優(yōu)研究,保證串級系統(tǒng)內外環(huán)均有良好的動態(tài)性能。針對AGC系統(tǒng)存在的參數(shù)不確定性和隨機擾動的難題,分析了魯棒方差控制(Robust Variance Control,RVC)極點配置與噪聲抑制之間的關系,并在構造了綜合穩(wěn)態(tài)狀態(tài)方差和控制能量的性能指標的基礎上,提出了具有最優(yōu)性能指標的魯棒方差控制策略。根據(jù)構造的性能指標推導線性矩陣不等式形式的約束條件,從而將設計具有最優(yōu)性能指標的魯棒方差控制問題轉化為求解魯棒方差約束的優(yōu)化問題。通過對區(qū)域極點圓心坐標和正標量進行遺傳優(yōu)化,得到了動態(tài)性能指標最優(yōu)的控制器參數(shù)。并在兩區(qū)域AGC系統(tǒng)中,對比證明了所提控制策略能夠衰減噪聲并且具有較強的魯棒性和良好的動態(tài)性能。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP273;TM621

【參考文獻】

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