基于滑模控制和观测器的新能源互联电力系统负荷频率控制研究

Wind energy and PV energy are with renewable and polution-free advantages, which are the important source for the future power system, but the output power is intermittent affected by the weather changes. It is necessary to study the frequency optimal control for the power system according to the large scale penetration of the wind and PV energy and the changing of the load. The project will design different frequency control method for the independent power system integrated wind, PV, diesel and battery hybrid energy. The control objective is to reduce the frequency deviation based on the power system, power electronic, control theory and integrated the observer and sliding mode control theory, it includes: 1) study of the decentralized sliding mode load frequency control for new energy uncertain interconnect power system；2) study of load frequency control for new energy interconnect power system based on observer;3) study of decentralized sliding mode load frequency control for new energy power system based on distributed observer.It is expected to provide theoretical guidance for the new energy power system load frequency control by taking full use of the renewable energy and reducing the storage device cost based on the designed method in this project.sliding mode load frequency control for new energy power system based on distributed observer.It is expected to provide theoretical guidance for the new energy power system frequency control by taking full use of the renewable energy and reducing the storage device cost based on the designed method in this project.

风光等新能源发电具有可再生、无污染的优点，是今后电力系统中重要的新能源电源，但是受天气变化的影响输出功率具有间歇性。随着风光新能源大规模渗透和电力系统中负荷的不断变化，有必要对电力系统进行频率控制研究。本课题基于控制理论、电力系统、电力电子等多学科交叉，融合滑模控制和观测器理论，以减小频率偏差为目标，拟针对新能源电力系统设计不同的负荷频率优化控制策略：1) 研究新能源接入的不确定互联电力系统分散滑模负荷频率控制；2) 研究基于观测器设计的多域互联新能源电力系统负荷频率控制；3) 研究基于分布式观测器设计的新能源电力系统分散滑模负荷频率控制。期望通过本项目设计的控制策略调节，能够充分利用电力系统中的新能源，减少储能设备的投入，为新能源电力系统的负荷频率控制提供理论指导。

负荷频率控制是保证电力系统安全稳定运行的关键技术，特别是随着波动性新能源的大规模并网，更需要高效智能的控制策略维持电网的正常运行。本项目利用滑模控制、观测器等现代控制理论方法，针对包含风光等波动性新能源多域互联电力系统，设计不同工况运行下的鲁棒负荷频率控制策略。首先，建立发电受限和存在不确定项的互联电力系统数学模型，通过设计积分滑模面和趋近律到达条件实现分散鲁棒滑模负荷控制，有效解决了不同工作点变化的不确定电力系统频率偏差问题。其次，为了进一步优化电能质量以及减小大容量储能设备的投入，基于不确定电力系统模型设计干扰观测器，通过干扰观测器估计电力系统中不断变化的负荷值，并且将预估的负荷值应用到储能设备的参考指令，从而实时有效的平滑电力系统的频率波动，并且和传统控制储能设备的平滑设计方案相比，在保持同样频率平滑效果的情况下极大的减小了储能容量的配置，节约了成本。最后，为了应对大规模新能源上网，需要部分新能源承担一定的调频任务，为此针对含分布式电源和负荷的互联电力系统设计分布式观测器，将观测到的风光输出功率和负荷值应用到新能源发电系统输出功率参考指令和传统发电系统的负荷频率控制设计中，这样使得新能源电力系统和传统发电系统同时保持在最优运行状态，又满足了大规模新能源并网和负荷波动情况下电力系统的功率平衡和频率优化控制。