基于交直流最優(yōu)功率分配的動態(tài)分層LFC方法

龔偲立, 趙熙臨

(湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院, 湖北 武漢 430068)

負(fù)荷頻率控制(load frequency control,LFC)是維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵技術(shù),能夠根據(jù)負(fù)載變化實時調(diào)整發(fā)電機(jī)組出力,保證電力系統(tǒng)頻率偏差盡快回到允許范圍內(nèi)[1-2]。隨著可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)和高壓直流輸電線路的廣泛應(yīng)用,盡管電網(wǎng)強(qiáng)交弱直的特征得到改善,但頻率波動的風(fēng)險性逐漸增大,對傳統(tǒng)LFC方法提出了新的挑戰(zhàn)[3-4]。因此,如何在可再生能源占比較高前提下,應(yīng)對弱連接的交流聯(lián)絡(luò)線潮流波動較大的問題,是現(xiàn)階段電力系統(tǒng)調(diào)頻工作的研究重點。

新能源滲透率的大幅度提高與跨區(qū)域輸電需求的增加,使高壓直流輸電(high-voltage direct current,HVDC)線路的建設(shè)規(guī)模擴(kuò)大,交直流混聯(lián)系統(tǒng)在復(fù)雜電網(wǎng)運行中的應(yīng)用愈加廣泛[5-6]。現(xiàn)階段,國內(nèi)外學(xué)者針對交直流混聯(lián)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行做了相應(yīng)的研究。文獻(xiàn)[7]分別對直流和交流電網(wǎng)內(nèi)的分布式電源進(jìn)行模糊自適應(yīng)下垂控制設(shè)計,以消除線路阻抗的影響,保證有功功率和無功功率的合理分配。文獻(xiàn)[8]基于風(fēng)電不確定性和交直流輸送容量載荷程度的不同,設(shè)計了一種交直流輸電容量優(yōu)化分配方法,可減小風(fēng)電波動對交直流電網(wǎng)的影響。文獻(xiàn)[9]采用快速非支配多目標(biāo)遺傳算法確定交直流混聯(lián)系統(tǒng)的最優(yōu)運行策略,增加電網(wǎng)電容量使得傳統(tǒng)負(fù)荷頻率控制特性發(fā)生改變。在強(qiáng)負(fù)荷擾動下,所需調(diào)頻功率需交直流鏈路共同承擔(dān),而其分配方式不僅導(dǎo)致調(diào)頻策略的復(fù)雜化,還會對電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運行帶來影響。

當(dāng)由于交直流功率分配及可再生能源不確定性等問題而導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷頻率控制復(fù)雜度增加時,分層控制策略受到了廣泛的關(guān)注[10-11]。文獻(xiàn)[12]提出了一種基于兩級分層模型預(yù)測的LFC策略,通過上層對下層分散控制器的動態(tài)協(xié)調(diào)來應(yīng)對調(diào)頻控制的復(fù)雜性。文獻(xiàn)[13]設(shè)計了一種基于動態(tài)有功調(diào)度的分層模型預(yù)測控制策略,該策略以短期風(fēng)電預(yù)測誤差的分層分析作為反饋來提高風(fēng)力發(fā)電的兼容性。但上述研究中分層控制結(jié)構(gòu)兩級均采用模型預(yù)測控制器(model predictive control,MPC),其滾動優(yōu)化算法在線計算復(fù)雜度高,計算量大。針對該問題,文獻(xiàn)[14]設(shè)計了一種基于MPC-PID串級的動態(tài)分層控制策略,根據(jù)調(diào)頻需求的不同以區(qū)域控制偏差(area control error,ACE)作為觸發(fā)信號,實時決策上層MPC是否參與。

另一方面,利用電網(wǎng)中可再生能源的固有特性或已存在的能源配置進(jìn)行輔助調(diào)頻,能夠有效提高調(diào)頻效果、減輕系統(tǒng)復(fù)雜性的不利影響。文獻(xiàn)[15-16]利用儲能電池充放電特性參與電網(wǎng)調(diào)頻,并指出其調(diào)頻能力相對于忽略爬坡速率約束的火電機(jī)組更具高效性。文獻(xiàn)[17]結(jié)合了儲能電池荷電狀態(tài)(SOC)和電網(wǎng)調(diào)頻的需求,給出了儲能電池參與調(diào)頻的評價指標(biāo),驗證結(jié)果表明儲能參與可改善電網(wǎng)的抗干擾能力。文獻(xiàn)[18]分析了電池儲能輔助電網(wǎng)一次調(diào)頻的方法,提出的儲能自適應(yīng)綜合控制策略能有效節(jié)省傳統(tǒng)機(jī)組的調(diào)頻容量。考慮到電力系統(tǒng)中儲能配置的普遍性,基于對電網(wǎng)全局調(diào)控的需求,有必要在電力系統(tǒng)運行中充分挖掘儲能輔助調(diào)頻潛力,以應(yīng)對日趨復(fù)雜的LFC應(yīng)用需求。

綜合而言,進(jìn)一步的研究需要解決以下兩個方面的問題:一是針對交直流鏈路傳輸特性,如何根據(jù)鏈路傳輸容量進(jìn)行傳輸功率的分配,以提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)性與安全性;二是在復(fù)雜調(diào)頻需求的動態(tài)變化前提下,如何使調(diào)頻策略體現(xiàn)出動態(tài)的適應(yīng)性。

1 含儲能的交直流混聯(lián)電網(wǎng)LFC模型構(gòu)建

以多區(qū)域LFC系統(tǒng)為研究對象,當(dāng)考慮儲能的輔助參與時,區(qū)域交直流混聯(lián)LFC系統(tǒng)控制模型如圖1所示,相關(guān)變量的含義如表1,各單元模型可參考文獻(xiàn)[19]。

表1 LFC系統(tǒng)參數(shù)

圖1 含儲能的交直流混聯(lián)區(qū)域LFC模型

以多區(qū)域LFC系統(tǒng)為研究對象,為了提高調(diào)頻效果,減輕系統(tǒng)復(fù)雜性的不利影響,設(shè)置儲能進(jìn)行輔助調(diào)頻。區(qū)域交直流混聯(lián)LFC系統(tǒng)控制模型如圖1所示,相關(guān)變量的含義如表1,各單元模型可參考文獻(xiàn)[15]。

當(dāng)儲能以虛擬慣性和下垂控制輔助LFC系統(tǒng)參與一次調(diào)頻時,其綜合慣性控制響應(yīng)模型一般等效為一個慣性環(huán)節(jié)[16],表示為:

(1)

式中:Kb為儲能電池的單位調(diào)節(jié)功率,Tb為儲能電池的時間常數(shù)。

根據(jù)圖1的汽輪機(jī)熱力學(xué)模型和聯(lián)絡(luò)線一階傳遞函數(shù)可以得到區(qū)域i的頻率偏差:

(2)

式中:聯(lián)絡(luò)線功率偏差ΔPtie,i為直流聯(lián)絡(luò)線功率偏差ΔPtiedc,i和交流聯(lián)絡(luò)線功率偏差ΔPtieac,i之和,其余各變量描述參見表1。

而其ACE信號由本區(qū)域的頻率偏差和聯(lián)絡(luò)線功率構(gòu)成,具體表示為:

ACEi=BiΔfi+ΔPtie,i

(3)

以區(qū)域頻率偏差,交直流聯(lián)絡(luò)線功率偏差,儲能電池、汽輪機(jī)、調(diào)速機(jī)和控制器的輸出構(gòu)成的向量為系統(tǒng)狀態(tài)變量,控制器輸出向量為輸入變量,區(qū)域i的區(qū)域控制偏差為輸出變量,可獲取區(qū)域i狀態(tài)方程為:

(4)

式中:x、u、w分別表示該系統(tǒng)的狀態(tài)變量,輸入變量和擾動變量;A、B、C、D分別表示該系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣、輸入矩陣、輸出矩陣和擾動矩陣。各狀態(tài)變量和狀態(tài)矩陣的具體表達(dá)式如下:

x=[ΔfiΔPtiedc,iΔPtieac,iΔPgiΔXgiΔPri]T

(5)

u=ΔPci

(6)

ω=ΔPdiT

(7)

上述模型中pfac,i和pfdc,i分別表示交直流聯(lián)絡(luò)線承載的有功功率分配因子,直流聯(lián)絡(luò)線等效增益Teqvdc,ij=Tdc,ijTdc,ji/Tdc,ijTdc,ji。

2 基于最小網(wǎng)損的交直流最優(yōu)功率分配

交直流聯(lián)絡(luò)線承載有功功率分配的差異性將導(dǎo)致調(diào)頻表現(xiàn)及電網(wǎng)運行經(jīng)濟(jì)性上的不同,在此,擬以網(wǎng)損最小為目標(biāo)進(jìn)行交直流最優(yōu)功率分配策略(optimal power allocation control,OPAC)的研究。

圖2描述了多電源交直流混聯(lián)電網(wǎng)結(jié)構(gòu),考慮到每個交流節(jié)點和直流端口注入的有功功率以及直流端口電壓,其總網(wǎng)損的計算公式由交流網(wǎng)損Ploss,ac和直流網(wǎng)損Ploss,dc兩部分組成[17],即:

圖2 交直流混聯(lián)電網(wǎng)示意圖

(8)

式中:N,M分別為交流電網(wǎng)的節(jié)點數(shù)和直流電網(wǎng)中的端口數(shù),V為節(jié)點電壓幅值,Gmn為節(jié)點導(dǎo)納矩陣的實部元素,θmn為節(jié)點m和n之間的向角差,Um為端口電壓,Ymn為端口電導(dǎo)矩陣中的元素。

交流鏈路中,長距離輸電線路電阻較小,其網(wǎng)損與節(jié)點電壓幅值主要由無功功率決定,節(jié)點相角由有功功率決定,其中Gmn屬于已知參數(shù)。利用潮流計算模型,可將節(jié)點m和n之間的相角θmn用Pac線性表示為:

(9)

式中:xk是節(jié)點導(dǎo)納矩陣的逆矩陣元素

取cosθmn泰勒展開公式的一次項和二次項,聯(lián)立(9)可得cosθmn為:

(10)

將式(10)代入式(8),可得到交流網(wǎng)損是關(guān)于AC/DC耦合節(jié)點注入的有功功率多元二次函數(shù):

(11)

通常情況下,直流電網(wǎng)的各個換流站的端口電壓Um與參考電壓Uref較為接近,則可得到在PV控制模式下各個端口注入的有功功率端口電壓之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

(12)

假設(shè)第M個換流站用于控制直流電壓,將Um=Uref代入(12),各換流站注入的有功功率和端口電壓之間的線性關(guān)系可表示為:

(13)

式中:Rmk為端口導(dǎo)納矩陣的逆矩陣元素;其中m=1,2,…,M-1。

將式(13)代入到式(8)可得到直流電網(wǎng)的網(wǎng)損表達(dá)式Ploss,dc。除了注入到AC/DC耦合節(jié)點的換流站,其余換流站注入的有功功率均為已知量。由于注入到AC/DC耦合節(jié)點的交流線路和直流線路的功率均可以調(diào)整,將交流聯(lián)絡(luò)線中的有功功率作為自變量,再根據(jù)Pacm+Pdcn=Ptie消除直流聯(lián)絡(luò)線的有功功率后,則式(8)可表示為一個二次函數(shù):

(14)

式中:Pac=[Pac1,Pac2,…,Pacr],r是AC/DC耦合節(jié)點的個數(shù),Pac1,Pac2,…,Pacr為對應(yīng)節(jié)點的交流有功功率。Q和C分別是由多元二次函數(shù)Ploss,ac和Ploss,dc推導(dǎo)出來的系數(shù)矩陣和常數(shù)項。

如圖2所示當(dāng)僅有一個AC/DC耦合節(jié)點,同時作為交流電網(wǎng)的第t個節(jié)點和直流電網(wǎng)中的第s個換流站,則式(14)改寫為:

(15)

式中:

針對交流有功功率Pact構(gòu)造網(wǎng)損最小的優(yōu)化目標(biāo):

(16)

交流聯(lián)絡(luò)線輸送容量的不等式約束為gmin≤g(x)≤gmax,將其轉(zhuǎn)化為w個等式約束后,式(15)滿足如下約束條件:

J2(Pact)=ci,i=1,2,…,w

(17)

利用拉格朗日乘子法將該多元函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并令各狀態(tài)變量的一階偏導(dǎo)數(shù)為0,可得由w個方程組成的方程組:

(18)

式中:▽J(*)表示為函數(shù)J的梯度。

求解(15)可以得到網(wǎng)損最小值時各個AC/DC耦合節(jié)點對應(yīng)的交流聯(lián)絡(luò)線有功功率。根據(jù)交流聯(lián)絡(luò)線與聯(lián)絡(luò)線總功率之間的關(guān)系,可調(diào)整LFC模型中的直流線路和交流線路的功率配比因子pfac,i,pfdc,i。

上述模型中pfac,i和pfdc,i分別表示交直流聯(lián)絡(luò)線承載的有功功率分配因子,直流聯(lián)絡(luò)線等效增益Teqvdc,ij=Tdc,ijTdc,ji/Tdc,ij+Tdc,ji。

3 基于最優(yōu)功率分配的動態(tài)分層LFC控制方法設(shè)計

3.1 動態(tài)分層控制策略設(shè)計目標(biāo)與影響因素分析

在眾多控制方法中,單一的比例積分微分控制(proportional predictive control,PID)不能滿足復(fù)雜的LFC控制需求。為了實現(xiàn)控制目標(biāo),模型預(yù)測控制得到廣泛使用。但是,由于MPC采用滾動優(yōu)化算法,擴(kuò)大了在線計算的復(fù)雜度,嚴(yán)重占用了系統(tǒng)資源。因此,為了將系統(tǒng)控制過程的復(fù)雜度與調(diào)頻需求的多樣性進(jìn)行匹配,有必要構(gòu)建具備選擇特性的動態(tài)分層控制架構(gòu)。如圖3所示,下層采用PID控制器,能保證弱調(diào)頻需求下調(diào)頻過程的快速性,從而有效節(jié)約系統(tǒng)資源。對于強(qiáng)調(diào)頻需求,采用上層MPC控制器和下層PID控制器級聯(lián)的方式可實現(xiàn)調(diào)頻的精準(zhǔn)性。上層控制器是否參與由各區(qū)域電網(wǎng)兩層控制器之間的虛擬選擇開關(guān)Si決定。觸發(fā)信號為區(qū)域系統(tǒng)控制偏差信號Ai,該信號由電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)(grid dispatching and control system,GDACS)采集,并將其傳遞給條件驅(qū)動環(huán)節(jié)(conditional drive link,CDL)用于判斷Si的動作情況。

圖3 動態(tài)分層LFC控制系統(tǒng)

在控制過程中,區(qū)域控制偏差是平衡LFC系統(tǒng)有功功率的重要度量指標(biāo),將其作為條件驅(qū)動環(huán)節(jié)的觸發(fā)信號有利于精準(zhǔn)控制的實施。由于ACE信號計算涉及區(qū)域頻率偏差Δf和區(qū)域?qū)ν饴?lián)絡(luò)線交換偏差ΔPtie,ij,因此在設(shè)計ACE信號的驅(qū)動閾值時,需要根據(jù)各區(qū)域電網(wǎng)的實際規(guī)模、聯(lián)絡(luò)線功率約束條件和頻率調(diào)節(jié)死區(qū)等對其進(jìn)行處理。

當(dāng)各區(qū)域電網(wǎng)的ACE信號Ai達(dá)到相應(yīng)的驅(qū)動閾值A(chǔ)ref,i時,CDL觸發(fā)上下控制器之間傳輸線的虛擬開關(guān)Si閉合,使上下層控制器串聯(lián),有利于提高控制效果。當(dāng)Ai小于相應(yīng)的驅(qū)動閾值A(chǔ)ref,i時,該區(qū)域的虛擬開關(guān)Si斷開,僅下層PID控制器參與調(diào)頻,保證了區(qū)域控制的快速性。在Aref,i的設(shè)計中,如果調(diào)頻需求聚焦于控制的精確性,可設(shè)計較低的閾值;如果目標(biāo)聚焦于降低在線計算復(fù)雜度,可設(shè)置較高。

3.2 基于最優(yōu)功率分配的動態(tài)分層控制策略設(shè)計

考慮交直流最優(yōu)功率分配時,由于負(fù)荷波動的隨機(jī)性,會存在以下兩種情況。當(dāng)負(fù)荷波動較小,LFC各發(fā)電機(jī)組出力變化不大時,輸送的功率波動全部由交流聯(lián)絡(luò)線承擔(dān),直流聯(lián)絡(luò)線保持恒功率運行[18]。當(dāng)負(fù)荷波動較大,LFC發(fā)電機(jī)組會相應(yīng)的增加出力,此時按照最優(yōu)功率分配策略,對交直流線路傳輸?shù)墓β蔬M(jìn)行優(yōu)化,實現(xiàn)系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

OPAC策略參與下,聯(lián)絡(luò)線有功功率變化情況如圖4所示。t0時刻,聯(lián)絡(luò)線傳輸功率增加Pintie,需要調(diào)用直流聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)一部分有功功率。t1時刻,投入OPAC策略,產(chǎn)生Ploss的功率損耗后對交直流線路的功率分配進(jìn)行重新規(guī)劃。最終出力突增后聯(lián)絡(luò)線有功功率按照最優(yōu)功率分配因子pfac、pfdc由交直流聯(lián)絡(luò)線Pac,Pdc共同承擔(dān)。

圖4 交直流聯(lián)絡(luò)線有功功率變化示意圖

基于超短期負(fù)荷預(yù)測和儲能電池功率預(yù)測信息,由每時段的功率平衡方程可以推導(dǎo)出區(qū)域電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動量:

ΔPtie,i=ΔPL,i-ΔPb,i-ΔPG,i

(19)

在強(qiáng)負(fù)荷擾動下,區(qū)域LFC發(fā)電機(jī)組出力增加,聯(lián)絡(luò)線的輸送容量也會相應(yīng)增加。

結(jié)合第二節(jié),利用交直流最優(yōu)功率分配策略對直流線路和交流線路的功率配比因子pfac,i,pfdc,i進(jìn)行計算調(diào)整,得出聯(lián)絡(luò)線功率表達(dá)式:

(20)

將式(20)代入式(3),并考慮在交直流最優(yōu)功率分配策略的應(yīng)用過程中直流電網(wǎng)和交流電網(wǎng)的功率損耗,此時,區(qū)域電網(wǎng)的ACE改寫為:

(21)

式中:ΔPloss,i為區(qū)域i基于交直流最優(yōu)功率分配策略的總網(wǎng)損。

啟動OPAC時區(qū)域控制偏差為AOPAi,則基于最優(yōu)功率分配的動態(tài)分層控制策略具體流程見圖5。

圖5 基于OPAC的動態(tài)分層控制系統(tǒng)流程

4 仿真分析

不失一般性,以如圖6含儲能的三區(qū)域交直流混聯(lián)電網(wǎng)為例進(jìn)行分析,各區(qū)域交直流耦合節(jié)點均為一個。三個區(qū)域的火電機(jī)組容量分別是2200 MW、2400 MW和2600 MW。參考理想儲能資源與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻能力關(guān)系[20],設(shè)置各區(qū)域儲能電池參數(shù)為17 MW。假設(shè)各原動機(jī)組均為滿發(fā),以基準(zhǔn)頻率50 Hz和機(jī)組額定容量為基準(zhǔn)值對參數(shù)進(jìn)行標(biāo)幺化。取儲能電池的單位調(diào)節(jié)功率Kb=20,以綜合慣性控制方法輔助參與一次調(diào)頻。在仿真過程中,參數(shù)設(shè)置為:采樣周期Ts=0.03s,預(yù)測域Np=10,控制域Nc=3。其他相關(guān)參數(shù)設(shè)置情況如表2所示。

表2 LFC系統(tǒng)參數(shù)取值

圖6 三區(qū)域交直流混聯(lián)電網(wǎng)模型

4.1 階躍負(fù)荷擾動效果分析

考慮儲能輔助調(diào)頻時,交直流最優(yōu)功率分配策略(OPAC)對LFC的影響,設(shè)定區(qū)域1的負(fù)荷擾動為0.1 p.u.,而區(qū)域2,區(qū)域3均不發(fā)生負(fù)荷擾動。設(shè)定區(qū)域1的驅(qū)動參考值為0.063 p.u.,對比分析DHC、POPID、OPAC-DHC和OPAC-POPID控制方法的響應(yīng)性能,仿真結(jié)果見圖7-9。

(a)交流聯(lián)絡(luò)線

當(dāng)聚焦于聯(lián)絡(luò)線功率的變化時,對于同一控制策略,OPAC能使直流聯(lián)絡(luò)線分擔(dān)一定的功率傳輸計劃,從而降低交流聯(lián)絡(luò)線上有功功率的傳輸。由圖7可知,在POPID控制方式下,交流聯(lián)絡(luò)線傳輸功率為0.012 p.u.;而在OPAC-POPID控制方式下交流聯(lián)絡(luò)線的有功功率約為0.005 p.u.,由此可見,OPAC降低40%左右的交流聯(lián)絡(luò)線傳輸計劃。

對于動態(tài)分層控制策略的觸發(fā)情況,由圖8、9的仿真結(jié)果可知OPAC未參與時,區(qū)域控制偏差A(yù)CE1約為0.065 p.u.,達(dá)到了觸發(fā)閾值, DHC策略中上下層控制器之間的觸發(fā)開關(guān)S1閉合,此時為兩級分層控制結(jié)構(gòu),DHC的頻率偏差曲線和ACE曲線與POPID相吻合。而采用OPAC策略時,考慮到交直流電網(wǎng)網(wǎng)損,ACE1降低至0.061 p.u.,使其未達(dá)到觸發(fā)閾值,此時僅下層PID控制器進(jìn)行LFC的控制,達(dá)到節(jié)約系統(tǒng)資源的目的。各狀態(tài)下調(diào)頻效果及交直流功率分配具體數(shù)值對比如表3所示。

表3 階躍負(fù)荷擾動下4類控制方法的控制性能對比

圖8 階躍負(fù)荷擾動下區(qū)域1頻率偏差

圖9 階躍負(fù)荷擾動下區(qū)域1區(qū)域控制偏差

4.2 隨機(jī)負(fù)荷擾動效果分析

在三區(qū)域同時施加圖10所示隨機(jī)變化的負(fù)荷擾動,三個區(qū)域的驅(qū)動閾值分別設(shè)置為Aref1=0.07、Aref2=0.07、Aref3=0.05。此時,動態(tài)分層控制器上下層之間的虛擬觸發(fā)開關(guān)Si運行情況如圖11所示。以區(qū)域2為例,DHC的S2在150 s和350 s閉合,而采用OPAC策略后,與4.1的分析一致,降低了觸發(fā)信號ACE的大小,使虛擬開關(guān)在這兩個時刻未觸發(fā)。

(a)區(qū)域1

(a)區(qū)域1

對應(yīng)LFC控制器為OPAC-DHC、DHC、OPAC-POPID和POPID[19]時的系統(tǒng)頻率偏差曲線和ACE響應(yīng)曲線見圖12-13。

(a)區(qū)域1

(a)區(qū)域1

對比三個區(qū)域不同控制方式的頻率偏差曲線。在負(fù)荷擾動的作用下,區(qū)域1中較大的負(fù)荷擾動將導(dǎo)致較大的ACE1,若超過設(shè)定的閾值A(chǔ)CEref1=0.07 p.u.,則兩級控制器間的虛擬開關(guān)S1被觸發(fā),動態(tài)分層控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能與預(yù)測優(yōu)化控制方式的響應(yīng)性能基本一致。若對應(yīng)負(fù)荷擾動較小,區(qū)域1250 s時的區(qū)域控制偏差僅為0.010 p.u.,未達(dá)到閾值,則動態(tài)分層控制策略的上層控制器不被觸發(fā),盡管其控制性能會略差于相應(yīng)的預(yù)測優(yōu)化控制,但控制效果差距不大,而僅下層的PID控制器單獨作用卻可有效節(jié)約系統(tǒng)資源。

圖14、15表現(xiàn)了各控制方式下各區(qū)域交直流聯(lián)絡(luò)線的功率的變化情況。對于POPID控制方式,進(jìn)行OPAC功率優(yōu)化分配之后,所有擾動下各區(qū)域交流聯(lián)絡(luò)線承載容量均減少45%左右,此時各區(qū)域的直流聯(lián)絡(luò)線分擔(dān)了一部分減少的交流聯(lián)絡(luò)線傳輸計劃。由于OPAC的功率分配優(yōu)化可有效減少電網(wǎng)功率損耗,考慮隨機(jī)負(fù)荷的情況也能夠體現(xiàn)出與4.1階躍響應(yīng)類似的結(jié)果。

(a)區(qū)域1

(a)區(qū)域1

5 結(jié)論

結(jié)合本文提出的基于交直流聯(lián)絡(luò)線功率優(yōu)化分配的動態(tài)分層LFC控制策略,通過理論分析和仿真驗證,可得出以下結(jié)論:

1)采用動態(tài)分層控制策略,能通過區(qū)域控制偏差的判斷降低上層MPC控制器的觸發(fā)頻率,在保證電力系統(tǒng)頻率控制性能無明顯劣化的前提下有效節(jié)約控制系統(tǒng)資源。

2)當(dāng)采用OPAC策略對交直流聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行功率優(yōu)化分配時,不僅能最小化系統(tǒng)網(wǎng)損,還能有效降低區(qū)域控制偏差,保障動態(tài)分層控制等策略下控制復(fù)雜度的降低。