本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率控制技術(shù)，特別是涉及一種含大規(guī)模風(fēng)電場的互聯(lián)電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

為應(yīng)對能源需求的增長和環(huán)境的惡化，我國大力發(fā)展清潔可再生能源，風(fēng)能在電力系統(tǒng)中的滲透率顯著提高。但是，由于風(fēng)電自身的隨機(jī)波動(dòng)性、風(fēng)電開發(fā)地區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的薄弱性以及開發(fā)模式的不合理，電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性正面臨著更大挑戰(zhàn)。作為風(fēng)電場的主流機(jī)型，雙饋異步風(fēng)電機(jī)組和永磁同步風(fēng)電機(jī)組與電力系統(tǒng)頻率關(guān)系解耦，這直接導(dǎo)致系統(tǒng)的有功-頻率控制慣性降低。并且，風(fēng)能的隨機(jī)波動(dòng)性、風(fēng)能的在電網(wǎng)中的投入和退出對負(fù)荷的正常運(yùn)行及電力系統(tǒng)本身的安全穩(wěn)定造成的影響不容忽視。隨著電力系統(tǒng)之間互聯(lián)程度的逐漸增強(qiáng)，電力系統(tǒng)的復(fù)雜程度及其規(guī)模也在逐漸增加，不同區(qū)域之間的聯(lián)絡(luò)線潮流也逐漸發(fā)展為電力系統(tǒng)頻率控制的重要一環(huán)。作為維持電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的重要手段，負(fù)荷頻率控制(LFC)技術(shù)成為當(dāng)前風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)的重要研究領(lǐng)域。

在電力系統(tǒng)的LFC設(shè)計(jì)中，已經(jīng)發(fā)展成熟的PID控制器依然最先得到關(guān)注。然而在風(fēng)電場復(fù)雜多變的運(yùn)行條件下，此類定參數(shù)控制器的實(shí)用性被大大降低,無法適應(yīng)含大規(guī)模風(fēng)電場的互聯(lián)電力系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制方法及系統(tǒng)，其負(fù)荷頻率控制策略參數(shù)設(shè)計(jì)靈活，并且具有良好的擾動(dòng)主動(dòng)抑制能力。

為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制方法，包括如下步驟：

步驟一，基于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的負(fù)荷頻率控制模型，建立被控對象含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型；

步驟二，基于等價(jià)輸入干擾思想，采用內(nèi)部模型、狀態(tài)反饋控制器、全維狀態(tài)觀測器、干擾估計(jì)器，對電力系統(tǒng)的負(fù)荷擾動(dòng)和風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)對輸出的影響進(jìn)行估計(jì)，并映射到電力系統(tǒng)的輸入端，對擾動(dòng)進(jìn)行反向補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)頻率擾動(dòng)的主動(dòng)抑制。

進(jìn)一步地，于步驟一中，建立如下狀態(tài)空間模型：

其中，

w_i(t)＝[ΔP_di ΔT_mi Δf_j]^T，y_i(t)＝[Δf_i Δω_i]^T

其中，ΔP_c為負(fù)荷參考值偏差，ΔV_qr為雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓偏差，Δi_qr為雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流偏差，ΔP_tie為聯(lián)絡(luò)線功率偏差，ΔP_d為負(fù)荷擾動(dòng)，Δf為頻率偏差和Δω為雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速偏差，ΔP_v、ΔP_m和ΔP_e分別表示閥門開度位置指令偏差、汽輪機(jī)輸出機(jī)械功率偏差和風(fēng)電機(jī)組輸出功率偏差，D為負(fù)荷變化百分?jǐn)?shù)與頻率變化百分?jǐn)?shù)之比，M為發(fā)電機(jī)慣量常數(shù)，M_t為風(fēng)電機(jī)組慣量常數(shù)，R為調(diào)差系數(shù)，X₂為風(fēng)電機(jī)組的電導(dǎo)，X₃＝L_m/(L_m+L_s)，L_m和L_s分別為風(fēng)電機(jī)組定轉(zhuǎn)子的互感系數(shù)和定子的自感系數(shù)，I_opt和W_opt分別為使模型接近于實(shí)際系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)，T_T與T_G分別為調(diào)速器與汽輪機(jī)的時(shí)間常數(shù)，T_ij為剛度常數(shù)，上下標(biāo)i、j表示電力系統(tǒng)的區(qū)域i和j，w(t)為電力系統(tǒng)外部擾動(dòng)。

進(jìn)一步地，步驟二進(jìn)一步包括：

步驟S1，建立內(nèi)部模型以精確跟蹤參考輸入；

步驟S2，構(gòu)建全維狀態(tài)觀測器重構(gòu)被控對象狀態(tài)；

步驟S3，建立受控電力系統(tǒng)與內(nèi)部模型的擴(kuò)展系統(tǒng)，利用LQR方法從能量最小的角度優(yōu)化獲取狀態(tài)反饋控制器的反饋增益；

步驟S4，采用干擾估計(jì)器對電力系統(tǒng)的負(fù)荷擾動(dòng)和風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)對輸出的影響進(jìn)行估計(jì)，獲取等價(jià)輸入干擾估計(jì)值并映射到電力系統(tǒng)的輸入端。

進(jìn)一步地，于步驟S4中，采用低通濾波器對干擾估計(jì)器獲取的等價(jià)輸入干擾過濾輸出測量噪聲后，分別輸入到風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)發(fā)電機(jī)組的輸入端。

進(jìn)一步地，該內(nèi)部模型公式為：

其中，x_R(t)為狀態(tài)變量，A_R為系統(tǒng)矩陣，B_R為輸入矩陣，Δy_ref(t)為理想輸出偏差，電力系統(tǒng)的輸出為y(t)，Δy_ref(t)＝0。

進(jìn)一步地，該全維狀態(tài)觀測器如下：

其中，為狀態(tài)x(t)的重構(gòu)狀態(tài)，Φ為Hurwitz矩陣，Ψ為增益矩陣，且非奇異矩陣T滿足TA-ΦT＝ΨC，矩陣Γ滿足Γ＝TB。

進(jìn)一步地，于步驟S2中，利用極點(diǎn)配置算法獲取該全維狀態(tài)觀測器的增益矩陣Φ和Ψ，其中[ΦΨ]為完全能控的矩陣。

進(jìn)一步地，于步驟S3，建立受控電力系統(tǒng)與內(nèi)部模型的擴(kuò)展系統(tǒng)其中，Δy_ref(t)為理想輸出偏差。利用LQR方法從能量最小的角度優(yōu)化獲取狀態(tài)反饋控制器的反饋增益K_P和K_R，其中，R_K為基于系統(tǒng)狀態(tài)和控制的二次性能指標(biāo)中的待定正實(shí)數(shù)，需要根據(jù)擴(kuò)展系統(tǒng)的系數(shù)矩陣進(jìn)行選取，P滿足

進(jìn)一步地，于步驟S4中，采用干擾估計(jì)器獲取濾波前的等價(jià)輸入干擾：

其中B⁺＝(B^TB)^-1B^T。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供一種電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制系統(tǒng)，包括狀態(tài)空間模型建立單元內(nèi)部模型、狀態(tài)反饋控制器、全維狀態(tài)觀測器、干擾估計(jì)器以及含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)，該電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制系統(tǒng)利用狀態(tài)空間模型建立單元建立基于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的負(fù)荷頻率控制模型，建立被控對象含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，并基于等價(jià)輸入干擾思想，基于被控對象采用內(nèi)部模型、狀態(tài)反饋控制器、全維狀態(tài)觀測器以及干擾估計(jì)器對電力系統(tǒng)的負(fù)荷擾動(dòng)和風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)對輸出的影響進(jìn)行估計(jì)，并映射到該含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)的輸入端，對擾動(dòng)進(jìn)行反向補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)頻率擾動(dòng)的主動(dòng)抑制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制方法及系統(tǒng)通過建立含大規(guī)模風(fēng)電場電力系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，采用全維狀態(tài)觀測器重構(gòu)被控對象狀態(tài)，基于等價(jià)輸入干擾思想對電力系統(tǒng)的負(fù)荷擾動(dòng)和風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)對輸出的影響進(jìn)行估計(jì)，并映射到系統(tǒng)的輸入端，對輸入端擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)和反向補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)功率波動(dòng)及其他外界干擾的主動(dòng)抑制，維持系統(tǒng)頻率在安全合理范圍內(nèi)的波動(dòng)，并最終達(dá)到穩(wěn)定，本發(fā)明的狀態(tài)觀測器和狀態(tài)反饋控制器可進(jìn)行分離設(shè)計(jì)，并采用極點(diǎn)配置方法設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測器，采用LQR方法優(yōu)化獲取狀態(tài)反饋增益，利用小增益定理判斷控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本發(fā)明之負(fù)荷頻率控制策略參數(shù)設(shè)計(jì)靈活，并且具有良好的擾動(dòng)主動(dòng)抑制能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制方法的步驟流程圖；

圖2為本發(fā)明一種電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例中含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的LFC模型示意圖；

圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例中含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制結(jié)構(gòu)框圖示意圖；

圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例中控制系統(tǒng)分離設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖示意圖；

圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例中負(fù)荷隨機(jī)擾動(dòng)下含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)圖；

圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例中風(fēng)速隨機(jī)波動(dòng)下含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)圖；

圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例中負(fù)荷隨機(jī)擾動(dòng)下含風(fēng)電場的雙區(qū)域電力系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線功率響應(yīng)圖。

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例并結(jié)合附圖說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實(shí)例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。

圖1為本發(fā)明一種電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制方法的步驟流程圖。如圖1所示，本發(fā)明一種電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制方法，包括如下步驟：

步驟101，基于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的負(fù)荷頻率控制模型，建立被控對象含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型。

在本發(fā)明具體實(shí)施例中，該狀態(tài)空間模型如下：

其中，u_i(t)＝[ΔP_ci ΔV_qri]^T

w_i(t)＝[ΔP_di ΔT_mi Δf_j]^T，y_i(t)＝[Δf_i Δω_i]^T

其中，ΔP_c為負(fù)荷參考值偏差，ΔV_qr為雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓偏差，Δi_qr為雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流偏差，ΔP_tie為聯(lián)絡(luò)線功率偏差，ΔP_d為負(fù)荷擾動(dòng)，Δf為頻率偏差和Δω為雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速偏差，ΔP_v、ΔP_m和ΔP_e分別表示閥門開度位置指令偏差、汽輪機(jī)輸出機(jī)械功率偏差和風(fēng)電機(jī)組輸出功率偏差，D為負(fù)荷變化百分?jǐn)?shù)與頻率變化百分?jǐn)?shù)之比，M為發(fā)電機(jī)慣量常數(shù)，M_t為風(fēng)電機(jī)組慣量常數(shù)，R為調(diào)差系數(shù)，X₂為風(fēng)電機(jī)組的電導(dǎo)，X₃＝L_m/(L_m+L_s)，L_m和L_s分別為風(fēng)電機(jī)組定轉(zhuǎn)子的互感系數(shù)和定子的自感系數(shù)，I_opt和W_opt分別為使模型接近于實(shí)際系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)，T_T與T_G分別為調(diào)速器與汽輪機(jī)的時(shí)間常數(shù)，T_ij為剛度常數(shù)，上下標(biāo)i、j表示電力系統(tǒng)的區(qū)域i和j，w(t)為電力系統(tǒng)外部擾動(dòng)。

步驟102，基于等價(jià)輸入干擾(EID)思想，基于被控對象采用內(nèi)部模型、狀態(tài)反饋控制器、全維狀態(tài)觀測器、干擾估計(jì)器，對電力系統(tǒng)的負(fù)荷擾動(dòng)和風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)對輸出的影響進(jìn)行估計(jì)，并映射到電力系統(tǒng)的輸入端。

具體地，步驟102進(jìn)一步包括：

步驟S1，建立內(nèi)部模型以精確跟蹤參考輸入。在本發(fā)明具體實(shí)施例中，建立內(nèi)部模型其中包括狀態(tài)變量x_R(t)，系統(tǒng)矩陣A_R，輸入矩陣B_R，理想輸出偏差Δy_ref(t)，電力系統(tǒng)的輸出y(t)。Δy_ref(t)＝0，所以參數(shù)A_R和B_R可以直接確定。

步驟S2，構(gòu)建全維狀態(tài)觀測器重構(gòu)被控對象狀態(tài),其中Φ，Ψ和Γ為待定矩陣，為狀態(tài)x(t)的重構(gòu)狀態(tài)，z(t)為狀態(tài)估計(jì)變量，u_f(t)為初始控制輸入。為保證觀測器的收斂性，Φ為Hurwitz矩陣，且非奇異矩陣T滿足TA-ΦT＝ΨC,矩陣Γ滿足Γ＝TB。

較佳地，于步驟S2中，利用極點(diǎn)配置算法獲取狀態(tài)觀測器的增益矩陣Ψ，其中[ΦΨ]為完全能控的矩陣。采用極點(diǎn)配置算法增加了參數(shù)設(shè)計(jì)的靈活性，避免了對被控對象零極點(diǎn)位置的限制。

步驟S3，建立受控電力系統(tǒng)與內(nèi)部模型的擴(kuò)展系統(tǒng)其中，這里的A、B和C即步驟101中狀態(tài)空間模型的矩陣，Δy_ref(t)為理想輸出偏差。利用LQR(線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié))方法從能量最小的角度優(yōu)化獲取狀態(tài)反饋控制器的反饋增益K_P和K_R，其中，R_K為基于系統(tǒng)狀態(tài)和控制的二次性能指標(biāo)中的待定正實(shí)數(shù)，需要根據(jù)擴(kuò)展系統(tǒng)的系數(shù)矩陣進(jìn)行選?。籔滿足

步驟S4，采用干擾估計(jì)器對電力系統(tǒng)的負(fù)荷擾動(dòng)和風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)對輸出的影響進(jìn)行估計(jì)，獲取等價(jià)輸入干擾估計(jì)值并映射到電力系統(tǒng)的輸入端。

較佳地，于步驟S4后，還包括：

采用低通濾波器對干擾估計(jì)器獲取的等價(jià)輸入干擾過濾輸出測量噪聲，與狀態(tài)反饋控制信號共同作用，獲取分別輸入到風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)發(fā)電機(jī)組的控制信號。

在本發(fā)明具體實(shí)施例中，采用干擾估計(jì)器獲取濾波前的等價(jià)輸入干擾：其中B⁺＝(B^TB)^-1B^T。

采用低通濾波器F(s)＝1/(T₂s+1)過濾輸出測量噪聲，其中T₂為濾波器時(shí)間常數(shù)。經(jīng)過濾波器得到

最終獲得控制輸入：

在本發(fā)明具體實(shí)施例中，由小增益定理獲取閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件||G_w(s)F(s)||_∞≤1。其中，G_w(s)為到的傳遞函數(shù)G_w(s)＝B⁺(T^-1ΦT-A)(sI-T^-1ΦT)^-1B+1＝B⁺(sI-A)T^-1(sI-Φ)^-1TB，F(xiàn)(s)為濾波器。已知矩陣Φ為Hurwitz矩陣，所以G_w(s)穩(wěn)定；令F(s)＝1/(T₂s+1)，則F(s)穩(wěn)定。因此，通過本發(fā)明設(shè)計(jì)的負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制系統(tǒng)穩(wěn)定,sI中I為單位矩陣，s為拉普拉斯變換的變量，均為默認(rèn)符號。

圖2為本發(fā)明一種電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖。如圖2所示，本發(fā)明一種電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制系統(tǒng)，包括：狀態(tài)空間模型建立單元201、內(nèi)部模型202、狀態(tài)反饋控制器203、全維狀態(tài)觀測器204、干擾估計(jì)器205以及含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)206。

具體地，該電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制系統(tǒng)利用狀態(tài)空間模型建立單元201基于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的LFC(負(fù)荷頻率控制)模型，建立含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型201，并基于等價(jià)輸入干擾(EID)思想，基于被控對象采用內(nèi)部模型202、狀態(tài)反饋控制器203、全維狀態(tài)觀測器204以及干擾估計(jì)器205，對電力系統(tǒng)的負(fù)荷擾動(dòng)和風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)對輸出的影響進(jìn)行估計(jì)，并映射到該含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)的輸入端。

在本發(fā)明具體實(shí)施例中，狀態(tài)空間模型201的模型如下：

其中，u_i(t)＝[ΔP_ci ΔV_qri]^T

w_i(t)＝[ΔP_di ΔT_mi Δf_j]^T，y_i(t)＝[Δf_i Δω_i]^T

其中，ΔP_c為負(fù)荷參考值偏差，ΔV_qr為雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓偏差，Δi_qr為雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流偏差，ΔP_tie為聯(lián)絡(luò)線功率偏差，ΔP_d為負(fù)荷擾動(dòng)，Δf為頻率偏差和Δω為雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速偏差，ΔP_v、ΔP_m和ΔP_e分別表示閥門開度位置指令偏差、汽輪機(jī)輸出機(jī)械功率偏差和風(fēng)電機(jī)組輸出功率偏差，D為負(fù)荷變化百分?jǐn)?shù)與頻率變化百分?jǐn)?shù)之比，M為發(fā)電機(jī)慣量常數(shù)，M_t為風(fēng)電機(jī)組慣量常數(shù)，R為調(diào)差系數(shù)，X₂為風(fēng)電機(jī)組的電導(dǎo)，X₃＝L_m/(L_m+L_s)，L_m和L_s分別為風(fēng)電機(jī)組定轉(zhuǎn)子的互感系數(shù)和定子的自感系數(shù)，I_opt和W_opt分別為使模型接近于實(shí)際系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)，T_T與T_G分別為調(diào)速器與汽輪機(jī)的時(shí)間常數(shù)，T_ij為剛度常數(shù)，上下標(biāo)i、j表示電力系統(tǒng)的區(qū)域i和j，w(t)為電力系統(tǒng)外部擾動(dòng)。

內(nèi)部模型202，用于精確跟蹤參考輸入。在本發(fā)明具體實(shí)施例中，內(nèi)部模型如下：

由于理想輸出偏差Δy_ref為零，參數(shù)A_R和B_R可以直接確定

全維狀態(tài)觀測器204，用于重構(gòu)被控對象狀態(tài)(含風(fēng)電場的電力系統(tǒng))，該模型公式如下：

其中Φ，Ψ和Γ為待定矩陣，為狀態(tài)x(t)的重構(gòu)狀態(tài)，z(t)為狀態(tài)估計(jì)變量，u_f(t)為初始控制輸入。為保證觀測器的收斂性，Φ為Hurwitz矩陣，且非奇異矩陣T滿足TA-ΦT＝ΨC,矩陣Γ滿足Γ＝TB。

較佳地，在本發(fā)明中，利用極點(diǎn)配置算法獲取狀態(tài)觀測器的增益矩陣Φ和Ψ，其中[ΦΨ]為完全能控的矩陣。采用極點(diǎn)配置算法增加了參數(shù)設(shè)計(jì)的靈活性，避免了對被控對象零極點(diǎn)位置的限制。

干擾估計(jì)器205通過計(jì)算得到等價(jià)輸入干擾的估計(jì)值，由狀態(tài)反饋控制器203與干擾估計(jì)器205共同作用獲得主動(dòng)干擾抑制系統(tǒng)的控制信號。具體地，通過建立受控電力系統(tǒng)與內(nèi)部模型的擴(kuò)展系統(tǒng)其中，Δy_ref(t)為理想輸出偏差。利用LQR(線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié))方法從能量最小的角度優(yōu)化獲取狀態(tài)反饋控制器的反饋增益K_P和K_R，其中，R_K為基于系統(tǒng)狀態(tài)和控制的二次性能指標(biāo)中的待定正實(shí)數(shù)，需要根據(jù)擴(kuò)展系統(tǒng)的系數(shù)矩陣進(jìn)行選取，P滿足然后采用干擾估計(jì)器205對電力系統(tǒng)的負(fù)荷擾動(dòng)和風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)對輸出的影響進(jìn)行估計(jì)，獲取等價(jià)輸入干擾估計(jì)值并映射到電力系統(tǒng)的輸入端。

較佳地，干擾估計(jì)器205還采用低通濾波器對等價(jià)輸入干擾過濾輸出測量噪聲，與狀態(tài)反饋控制信號共同作用，獲取分別輸入到風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)發(fā)電機(jī)組的控制信號。

在本發(fā)明具體實(shí)施例中，采用干擾估計(jì)器獲取濾波前的等價(jià)輸入干擾：其中B⁺＝(B^TB)^-1B^T。

采用低通濾波器F(s)＝1/(T₂s+1)過濾輸出測量噪聲，其中T₂為濾波器時(shí)間常數(shù)。經(jīng)過濾波器得到

最終獲得控制輸入：

以下將通過一具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明：在本發(fā)明具體實(shí)施例中，以雙區(qū)域電力系統(tǒng)為例，驗(yàn)證所提出的主動(dòng)干擾抑制方法在含大規(guī)模風(fēng)電場互聯(lián)電力系統(tǒng)中的有效性。該方法可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場與電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，有效抑制風(fēng)速隨機(jī)波動(dòng)和負(fù)荷擾動(dòng)下系統(tǒng)的頻率波動(dòng)、風(fēng)電場的功率輸出和區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)，具體如下：

1)基于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的LFC模型，搭建含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的LFC模型，如圖3所示。并且，在Matlab/Simulink中搭建相應(yīng)的狀態(tài)空間模型

表1為雙區(qū)域電力系統(tǒng)模型的各項(xiàng)參數(shù)。

表1 含風(fēng)電場電力系統(tǒng)LFC模型參數(shù)

2)依據(jù)圖4和圖5在Matlab/Simulink中搭建主動(dòng)干擾抑制系統(tǒng)：采用極點(diǎn)配置方法獲取狀態(tài)觀測器采用LQR方法，基于系統(tǒng)狀態(tài)和控制的二次性能指標(biāo)從能量最小的角度優(yōu)化獲得狀態(tài)反饋增益K_P和K_R；采用干擾估計(jì)器獲取濾波前的等價(jià)輸入干擾估計(jì)值；采用低通濾波器F(s)＝1/(T₂s+1)過濾輸出測量噪聲，獲取分別輸入到風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)發(fā)電機(jī)組的控制信號。根據(jù)小增益定理驗(yàn)證可知控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

3)在含大規(guī)模風(fēng)電場電力系統(tǒng)LFC模型中輸入隨機(jī)負(fù)荷擾動(dòng)ΔP_d，對比不同控制條件下含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，如圖6所示。其中，頻率偏差Δf表示電力系統(tǒng)的頻率波動(dòng)，風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速偏差Δω表示風(fēng)電場輸入電網(wǎng)的有功功率波動(dòng)。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的負(fù)荷頻率控制策略相比，本發(fā)明提出的基于等價(jià)輸入干擾的負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制策略(EID-LFC)對隨機(jī)負(fù)荷擾動(dòng)具有更好的擾動(dòng)抑制效果。

4)在含大規(guī)模風(fēng)電場電力系統(tǒng)LFC模型中輸入風(fēng)速隨機(jī)波動(dòng)，風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)采用風(fēng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩的變化ΔT_m表示，對比不同控制條件下含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，如圖7所示。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的負(fù)荷頻率控制策略相比，本發(fā)明提出的EID-LFC對風(fēng)速隨機(jī)波動(dòng)造成的電力系統(tǒng)的頻率波動(dòng)以及風(fēng)電場的輸出功率波動(dòng)具有更好的抑制效果。

5)在含大規(guī)模風(fēng)電場電力系統(tǒng)LFC模型中輸入隨機(jī)負(fù)荷擾動(dòng)ΔP_d，對比不同控制條件下含風(fēng)電場的雙區(qū)域電力系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線功率響應(yīng)ΔP_tie，如圖8所示。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的負(fù)荷頻率控制策略相比，本發(fā)明提出的EID-LFC對多區(qū)域電力系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)具有更好的抑制效果。

綜上所述，本發(fā)明一種電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率主動(dòng)干擾抑制方法及系統(tǒng)通過建立含大規(guī)模風(fēng)電場電力系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，采用全維狀態(tài)觀測器構(gòu)造負(fù)荷頻率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對電力系統(tǒng)的負(fù)荷擾動(dòng)和風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)對輸出的影響進(jìn)行估計(jì)，并映射到系統(tǒng)的輸入端，在對輸入端擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)和反向補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)功率波動(dòng)及其他外界干擾的主動(dòng)抑制，維持系統(tǒng)頻率在安全合理范圍內(nèi)的波動(dòng)，并最終達(dá)到穩(wěn)定，本發(fā)明的狀態(tài)觀測器和狀態(tài)反饋控制器可進(jìn)行分離設(shè)計(jì)，并采用極點(diǎn)配置方法設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測器，采用LQR方法優(yōu)化獲取狀態(tài)反饋增益，利用小增益定理判斷控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本發(fā)明之負(fù)荷頻率控制策略參數(shù)設(shè)計(jì)靈活，并且具有良好的擾動(dòng)主動(dòng)抑制能力。

任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾與改變。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。