随机干扰下含大规模风电场接入的复杂电力系统负荷频率鲁棒控制

The uncertainty of wind power output brings challenges of complex power systems security and load frequency control (LFC). Based on the principle of equivalent input disturbance compensation, this proposal investigates a new active disturbance suppression compensation robust control approach for LFC, which can achieve the effective suppression for random disturbances of wind power fluctuations and load perturbation. The LFC model of complex power systems integrated with large-scale wind farm is established by considering the characteristics of different types of wind turbine. The mechanisms of frequency fluctuation as well as the action mechanism of the wind turbines participations in load frequency regulation are revealed in theory. A new stability analysis method is proposed by constructing a new Lyapunov functional and using Jensen’s integral inequality, and the interaction influences among different control loops are analyzed. A robust control approach for LFC is proposed based on an equivalent input disturbance method, which has good robustness and ability of anti-disturbance since the random disturbances of wind power fluctuations and load perturbation are successfully transformed into the constraints of internal states and parameters variability of equivalent input disturbance estimator. The research results of this project have significant science meanings for the power system frequency stability and LFC as well as the grid integration of large-scale wind farms and the reliability of the development of smart grids.

本项目针对风电功率输出不确定性给复杂电力系统频率安全稳定及负荷频率控制带来的严峻挑战，基于等价输入干扰补偿原理，提出一种能够主动响应风电功率随机波动与负荷随机扰动的电力系统负荷频率鲁棒控制方法。考虑不同类型风电机组的运行与控制特性，建立含大规模风电场的复杂电力系统负荷频率控制模型；从理论上揭示复杂电力系统频率波动机理及风电机组参与负荷频率控制的工作机制；研究一种基于新型泛函和积分不等式的稳定性判别方法，揭示出不同控制区域间的交互影响；提出随机干扰主动抑制型复杂电力系统负荷频率鲁棒控制方法，将风电功率随机波动及负荷随机扰动的干扰抑制效果量化为等价输入干扰估计器内部状态和参数变化的约束条件，实现负荷频率控制系统的抗干扰鲁棒设计。研究成果将开辟电力系统频率稳定与负荷频率控制的新领域，对大规模风电场的安全高效并网及智能电网的可靠与经济运行具有重要的科学意义。

针对风电功率输出不确定性给复杂电力系统频率安全稳定及负荷频率控制带来的严峻挑战，对含风电场接入的电力系统负荷频率控制策略进行研究，旨在提高风力供电可靠性，增强含风电的电力系统安全稳定运行的能力。本项目紧密围绕“随机干扰下含大规模风电场接入的复杂电力系统负荷频率鲁棒控制”这一主课题进行系统与深入的研究工作，主要包括含大规模风电场接入的复杂电力系统频率波动与频率控制的机理研究、随机扰动下含风电场接入的复杂电网负荷频率主动抑制原理研究、含风电场接入的复杂电力系统负荷频率控制系统的鲁棒设计三个方面的研究内容。首先，对复杂电力系统频率波动的机理以及风电机组参与电网负荷频率控制的工作机制进行分析，建立了计及风电接入的复杂电力系统多输入多输出模型。其次，研究了一种基于新型泛函和积分不等式的稳定性判别方法，揭示出不同控制区域间的交互影响。最后，提出了随机干扰主动抑制型复杂电力系统负荷频率鲁棒控制方法，将风电功率随机波动及负荷随机扰动的干扰抑制效果量化为等价输入干扰估计器内部状态和参数变化的约束条件，实现了负荷频率控制系统的抗干扰鲁棒设计，保障了含风电场接入的复杂电力系统稳定与经济运行。本项目在含大规风电长接入的电力系统负荷频率控制方面取得的一系列成果对于大规模风电场的安全高效并网及智能电网的可靠与经济运行，提高系统的电能质量，具有重要科学意义与指导意义。