一种负荷频率控制方法、装置、存储介质及计算机设备

1.本发明涉及一种负荷频率控制方法、装置、存储介质及计算机设备，属于电力系统可再生能源技术并网控制领域。


背景技术：

2.光热发电是一种把太阳能转换成热能再转换为电能的新型发电技术，一般配建有储能装置，可以将太阳能转换为热能后暂存于热罐中，使光热电站输出稳定的同时还拥有灵活的调节能力。光伏和光热发电均以太阳能作为一次能量来源，对建设地点和环境的要求相近，目前在许多新建项目中，光伏和光热电站已呈规模化联合开发与并网态势，且发展潜力巨大。
3.光伏、光热发电系统组成互补电站联合向电网供电，可以将能效高的光伏电站与可以大规模存储能量的光热电站相结合，充分利用光伏发电建设运行成本低、技术成熟以及光热发电可以灵活、高效储存能量的优势，提高项目经济效益，降低光伏发电系统时变性、随机性和波动性对电网的冲击，保证联合发电系统输出功率的稳定性。同时，光伏、光热电站联合开发运行可弥补光伏电站调节能力不足的缺陷，增强联合发电系统运行的灵活性。
4.目前的负荷频率控制方法往往通过agc(automatic generation control,自动发电量控制)计算系统频率偏差，得到ace(区域控制偏差，area control error)信号输入到pi控制器中，从而形成系统内参与lfc(负荷频率控制，load frequency control)调节机组的控制命令，实现频率的二次调节。针对含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统，传统的负荷频率控制方法无法适用。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种负荷频率控制方法、装置、存储介质及计算机设备，解决了背景技术中披露的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
7.根据获取的各时刻区域系统状态，采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号，采用优选控制信号进行区域系统负荷频率控制，直到区域系统负荷频率恢复至额定值；其中，区域系统为含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统；
8.采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号的过程包括：
9.根据上一时刻区域系统状态中的负荷频率和当前时刻区域系统状态中的负荷频率，确定区域系统所处的负荷频率控制阶段；
10.根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数；
11.根据整定系数矩阵后的空间状态方程模型、整定的输出期望、以及mpc控制器参
数，以区域系统的预测输出与输出期望的差值最小为目标，获取当前时刻区域系统的优选控制信号。
12.区域系统的空间状态方程模型为：
[0013][0014]
式中，x为区域系统的状态变量，为区域系统状态变量的导数，u为区域系统的控制变量，w为区域系统的扰动变量，y为区域系统的输出，c为待整定系数矩阵；
[0015]
x＝[δf,δp
tie
,δpa,δx
tpu,1
,...,δx
tpu,m
,...,δx
pv-csp,1
,...,δx
pv-csp,n
]
t
，δf为
[0016]
区域系统偏差值，δp
tie
为区域系统中联络线交换功率，δpa为区域系统中pi控制器输出增量，m和n分别为区域系统中火电机组和光伏-光热联合发电系统数量，δx
tpu,1
,...,δx
tpu,m
为第1～m台火电机组状态，δx
pv-csp,1
,...,δx
pv-csp,n
为第1～n个光伏-光热联合发电系统状态，上标t表示转置；
[0017]
u＝[u
1，1
,
…
,u
1,m
,u
2,1
,u
3,1
,
…
,u
2,n u
3,n
]
t
，u
1，1
,
…
,u
1,m
为1～m台火电机组的控制变量，u
2，1
,
…
,u
2,n
为1～n台光热发电子系统的控制变量，u
3，1
,
…
,u
3,n
为1～n台光伏发电子系统的控制变量；
[0018]
δp
l
为区域系统的负荷扰动，n为互联电力系统模型中控制区域的数量，t
1j
为第j个控制区域与区域系统的同步转矩系数，δfj为第j个控制区域的频率偏差；
[0019][0020]
a为非待整定的矩阵系数，d为区域系统中所有负荷的等效负荷阻尼常数，h为区域系统中所有发电机租惯性的等效惯性系数，参数k
p
、ki分别为区域系统中pi控制器的比例系数和积分系数，α为联络线系数，b
ias
为偏差系数，k1,1
为第1台火电机组的参与系数，k
1,m
为第m台火电机组的参与系数，t
g,1
、t
t,1
均为第1台火电机组发电机时间常数，t
g,m
、t
t,m
均为第m台火电机组发电机时间常数，k
r,1
为第1台火电机组原动机系数，k
r,m
为第m台火电机组原动机系数，k
2,1
为第1台光热发电子系统的参与系数，k
2,n
为第n台光热发电子系统的参与系数，t
cg,1
、t
ct,1
、t
cr,1
均为第1台光热发电子系统时间常数，t
cg,n
、t
ct,n
、t
cr,n
均为第n台光热发电子系统时间常数，k
cr,1
为第1台光热发电子系统原动机系数，k
cr,n
为第n台光热发电子系统原动机系数，t
pv,1
为第1台光伏发电子系统延迟时间常数，t
pv,n
为第n台光伏发电子系统延迟时间常数；
[0021][0022]
b为非待整定的矩阵系数，r
tpu,1
为第1台火电机组的调节系数，r
tpu,m
为第m台火电机组的调节系数，r
csp,1
为第1台光热发电子系统的调节系数，r
csp,n
为第n台光热发电子系统的调节系数，r
pv,1
为第1台光伏发电子系统的调节系数，r
pv,n
为第n台光伏发电子系统的调节系数；
[0023]
为非待整定的矩阵系数。
[0024]
根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数，包括：
[0025]
区域系统处于负荷频率变化阶段：
[0026]
mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r设为0矩阵；
[0027]
若负荷频率下降，则rs＝[r]；其中，cf为区域系统负荷频率对应的系数，rs为区域系统的输出期望值，r为常数；
[0028]
若负荷频率上升，则
[0029]
区域系统处于负荷频率恢复阶段：
[0030]
mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r为αe；
[0031]
若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈(soe
high
,1]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＞am＞cn；其中，diag为对角矩阵，soe
high
为储能状态的阈值，bn、am、cn均为c的系数；
[0032]
若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈[soe
low
,soe
high
]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＝am＞cn；其中，soe
low
为储能状态的阈值；
[0033]
若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈[0,soe
low
)，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞am＞bn＞cn；
[0034]
若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈(soe
high
,1]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞am＞bn＞cn；
[0035]
若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈[soe
low
,soe
high
]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＝am＞cn；
[0036]
若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈[0,soe
low
)，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＞am＞cn。
[0037]
获取当前时刻区域系统的优选控制信号的目标函数为：
[0038][0039]
约束条件为：
[0040]umin,j
≤u(k+j-1)≤u
max,j
[0041]
x
min,j
≤x(k+j-1)≤x
max,j
[0042]ymin,j
≤y(k+j-1)≤y
max,j
[0043]
式中，j(k)为目标函数，p为mpc控制器的预测区间和控制区间，q(j)、r(j)分别为k+j时刻mpc控制器的预测偏差和控制信号的权重矩阵，y(k+j∣k)、u(k+j∣k)分别为k时刻下预测的k+j时刻的区域系统状态和k时刻下的得到的k+j的区域系统控制信号，rs(k+j)为k+j时刻区域系统的输出期望值，u(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的控制信号，x(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的状态变量，y(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的输出，u
min,j
、u
max,j
分别为u(k+j-1)的下限和上限，x
min,j
、x
max,j
分别为x(k+j-1)的下限和上限，y
min,j
、y
max,j
分别为y(k+j-1)的下限和上限。
[0044]
一种负荷频率控制装置，包括：
[0045]
滚动模块，根据获取的各时刻区域系统状态，采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号，采用优选控制信号进行区域系统负荷频率控制，直到区域系统负荷频率恢复至额定值；其中，区域系统为含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统；
[0046]
滚动模块中，采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号的过程包括：
[0047]
根据上一时刻区域系统状态中的负荷频率和当前时刻区域系统状态中的负荷频率，确定区域系统所处的负荷频率控制阶段；
[0048]
根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数；
[0049]
根据整定系数矩阵后的空间状态方程模型、整定的输出期望、以及mpc控制器参数，以区域系统的预测输出与输出期望的差值最小为目标，获取当前时刻区域系统的优选控制信号。
[0050]
滚动模块中区域系统的空间状态方程模型为：
[0051][0052]
式中，x为区域系统的状态变量，为区域系统状态变量的导数，u为区域系统的控制变量，w为区域系统的扰动变量，y为区域系统的输出，c为待整定系数矩阵；
[0053]
x＝[δf,δp
tie
,δpa,δx
tpu,1
,...,δx
tpu,m
,...,δx
pv-csp,1
,...,δx
pv-csp,n
]
t
，δf为区域系统偏差值，δp
tie
为区域系统中联络线交换功率，δpa为区域系统中pi控制器输出增量，m和n分别为区域系统中火电机组和光伏-光热联合发电系统数量，δx
tpu,1
,...,δx
tpu,m
为第1～m台火电机组状态，δx
pv-csp,1
,...,δx
pv-csp,n
为第1～n个光伏-光热联合发电系统状态，上标t表示转置；
[0054]
u＝[u
1，1
,
…
,u
1,m
,u
2,1
,u
3,1
,
…
,u
2,n u
3,n
]
t
，u
1，1
,
…
,u
1,m
为1～m台火电机组的控制变量，u
2，1
,
…
,u
2,n
为1～n台光热发电子系统的控制变量，u
3，1
,
…
,u
3,n
为1～n台光伏发电子系统的控制变量；
[0055]
δp
l
为区域系统的负荷扰动，n为互联电力系统模型中控制区域的数量，t
1j
为第j个控制区域与区域系统的同步转矩系数，δfj为第j个控制区域的频率偏差；
[0056][0057]
11a为非待整定的矩阵系数，d为区域系统中所有负荷的等效负荷阻尼常数，h为区
域系统中所有发电机租惯性的等效惯性系数，参数k
p
、ki分别为区域系统中pi控制器的比例系数和积分系数，α为联络线系数，b
ias
为偏差系数，k
1,1
为第1台火电机组的参与系数，k
1,m
为第m台火电机组的参与系数，t
g,1
、t
t,1
均为第1台火电机组发电机时间常数，t
g,m
、t
t,m
均为第m台火电机组发电机时间常数，k
r,1
为第1台火电机组原动机系数，k
r,m
为第m台火电机组原动机系数，k
2,1
为第1台光热发电子系统的参与系数，k
2,n
为第n台光热发电子系统的参与系数，t
cg,1
、t
ct,1
、t
cr,1
均为第1台光热发电子系统时间常数，t
cg,n
、t
ct,n
、t
cr,n
均为第n台光热发电子系统时间常数，k
cr,1
为第1台光热发电子系统原动机系数，k
cr,n
为第n台光热发电子系统原动机系数，t
pv,1
为第1台光伏发电子系统延迟时间常数，t
pv,n
为第n台光伏发电子系统延迟时间常数；
[0058][0059]
b为非待整定的矩阵系数，r
tpu,1
为第1台火电机组的调节系数，r
tpu,m
为第m台火电机组的调节系数，r
csp,1
为第1台光热发电子系统的调节系数，r
csp,n
为第n台光热发电子系统的调节系数，r
pv,1
为第1台光伏发电子系统的调节系数，r
pv,n
为第n台光伏发电子系统的调节系数；
[0060]
为非待整定的矩阵系数。
[0061]
滚动模块中，根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数，包括：
[0062]
区域系统处于负荷频率变化阶段：
[0063]
mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r设为0矩阵；
[0064]
若负荷频率下降，则rs＝[r]；其中，cf为区域系统负荷频率对应的系数，rs为区域系统的输出期望值，r为常数；
[0065]
若负荷频率上升，则
[0066]
区域系统处于负荷频率恢复阶段：
[0067]
mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r为αe；
[0068]
若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈(soe
high
,1]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＞am＞cn；其中，diag为对角矩阵，soe
high
为储能状态的阈值，bn、am、cn均为c的系数；
[0069]
若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈[soe
low
,soe
high
]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＝am＞cn；其中，soe
low
为储能状态的阈值；
[0070]
若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈[0,soe
low
)，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞am＞bn＞cn；
[0071]
若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈(soe
high
,1]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞am＞bn＞cn；
[0072]
若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈[soe
low
,soe
high
]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＝am＞cn；
[0073]
若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈[0,soe
low
)，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＞am＞cn。
[0074]
滚动模块中，获取当前时刻区域系统的优选控制信号的目标函数为：
[0075][0076]
约束条件为：
[0077]umin,j
≤u(k+j-1)≤u
max,j
[0078]
x
min,j
≤x(k+j-1)≤x
max,j
[0079]ymin,j
≤y(k+j-1)≤y
max,j
[0080]
式中，j(k)为目标函数，p为mpc控制器的预测区间和控制区间，q(j)、r(j)分别为k+j时刻mpc控制器的预测偏差和控制信号的权重矩阵，y(k+j∣k)、u(k+j∣k)分别为k时刻下预测的k+j时刻的区域系统状态和k时刻下的得到的k+j的区域系统控制信号，rs(k+j)为k+j时刻区域系统的输出期望值，u(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的控制信号，x(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的状态变量，y(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的输出，u
min,j
、u
max,j
分别为u(k+j-1)的下限和上限，x
min,j
、x
max,j
分别为x(k+j-1)的下限和上限，y
min,j
、y
max,j
分别为y(k+j-1)的下限和上限。
[0081]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行负荷频率控制方法。
[0082]
一种计算机设备，包括一个或多个处理器、以及一个或多个存储器，一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行负荷频率控制方法的指令。
[0083]
本发明所达到的有益效果：本发明根据区域系统当前时刻的负荷频率，确定区域系统所处的负荷频率控制阶段，结合光伏-光热联合发电系统的储能状态，对区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及mpc控制器参数进行整定，以区域系统的预测输出与输出期望的差值最小为目标，获取当前时刻区域系统的优选控制信号，通过滚动获取各时刻区域系统的优选控制信号，实现区域系统的负荷频率最优控制，相较于传统的负荷频率控制方法，更适用于含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统。
附图说明
[0084]
图1为负荷频率控制方法的流程图；
[0085]
图2为光伏-光热联合发电系统区域频率响应模型。
具体实施方式
[0086]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0087]
如图1所示，一种负荷频率控制方法，包括：
[0088]
根据获取的各时刻区域系统状态，采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号，采用优选控制信号进行区域系统负荷频率控制，直到区域系统负荷频率恢复至额定值；其中，区域系统为含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统；
[0089]
采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号的过程包括：
[0090]
1)根据上一时刻区域系统状态中的负荷频率和当前时刻区域系统状态中的负荷频率，确定区域系统所处的负荷频率控制阶段；
[0091]
2)根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数；
[0092]
3)根据整定系数矩阵后的空间状态方程模型、整定的输出期望、以及mpc控制器参数，以区域系统的预测输出与输出期望的差值最小为目标，获取当前时刻区域系统的优选控制信号。
[0093]
上述方法根据区域系统当前时刻的负荷频率，确定区域系统所处的负荷频率控制阶段，结合光伏-光热联合发电系统的储能状态，对区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及mpc控制器参数进行整定，以区域系统的预测输出与输出期望的差值最小为目标，获取当前时刻区域系统的优选控制信号，通过滚动获取各时刻区域系统的优选控制信号，实现区域系统的负荷频率最优控制，相较于传统的负荷频率控制方法，更适用于含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统。
[0094]
在实施上述方法之前，需要先构建区域系统预测模块，通过k时刻的系统状态预测预测区间内的系统状态，区域系统包含火电机组和光伏-光热联合发电系统，区域系统中再热式火电机组功率变化量δp
tpu
、以及火电机组功率中间变化量δx
tr
和δp
tr
的微分方程，可表示为：
[0095][0096][0097][0098]
式中，和分别为δx
tr
、δp
tr
和δp
tpu
的一阶导数，k1为火电机组参与系数，tg、t
t
、tr为火电机组发电机时间常数，δpa为pi控制器输出增量，u1为mpc控制器向火电机组发出的调节指令，r
tpu
为火电机组调节系数，kr为原动机系数。
[0099]
区域系统中光伏-光热联合发电系统包括光伏、光热发电子系统，分别构建以上两个子系统模型。
[0100]
光伏发电子系统通过逆变器并网，功率调节速度相对较快，其传递函数可以用一阶延时环节表示，由此建立其功率变化量δp
pv
的微分方程，可表示为：
[0101][0102]
式中，t
pv
为光伏发电子系统延迟时间常数，u3为mpc控制器向光伏发电子系统发出的调节指令。
[0103]
光热发电子系统同样由调速器、原动机和换热环节构成，建立其功率变化量δp
csp
、以及光热发电子系统功率中间变化量δx
cr
和δp
cr
的微分方程，可表示为：
[0104][0105][0106][0107]
式中，r
csp
为光热发电子系统调节系数，t
cg
、t
ct
、t
cr
均为光热发电子系统发电机时间常数，u2为光热发电子系统控制信号，δp
csp
为光热发电子系统调节出力，k
cr
为光热发电子系统原动机系数，k2为光热发电子系统调节出力。
[0108]
区域系统频率偏差值δf的微分方程，可表示为：
[0109][0110]
式中，d为区域系统中所有负荷的等效负荷阻尼常数，h为区域系统中所有发电机租惯性的等效惯性系数，δp
l
为区域系统负荷扰动，δp
tie
为区域系统中联络线功率偏差。
[0111]
区域系统中联络线交换功率的微分方程，可表示：
[0112][0113]
式中，n为互联电力系统模型中控制区域的数量，t
1j
为第j个控制区域与所提区域系统的同步转矩系数，δfj为第j个控制区域的频率偏差，δf1为所提策略控制区域的频率偏差。
[0114]
区域系统中pi控制器输出增量δpa的微分，可表示：
[0115][0116]
式中，k
p
、ki分别为区域系统中pi控制器的比例系数和积分系数，b
ias
为偏差系数，δf为区域频率偏差，t
ij
为区域间同步转矩系数。
[0117]
图2为所提控制方法下光伏-光热联合发电的系统区域频率响应模型，通过该模型可以建立系统的空间状态方程，用于系统状态预测。具体通过上述微分方程即可建立其区域系统的空间状态方程模型，其基本表现形式为：
[0118][0119]
式中，x为区域系统的状态变量，为系统状态变量的导数，u为区域系统的控制变量，w为区域系统的扰动变量，y为区域系统的输出，a、b、f为非待整定的矩阵系数，c为待整定系数矩阵。
[0120]
定义区域系统的状态变量为：
[0121]
x＝[δf,δp
tie
,δpa,δx
tpu,1
,...,δx
tpu,m
,...,δx
pv-csp,1
,...,δx
pv-csp,n
]
t
[0122]
式中，δf为区域系统偏差值，δp
tie
为区域系统中联络线交换功率，δpa为区域系统中pi控制器输出增量，m和n分别为区域系统中火电机组和光伏-光热联合发电系统数量，δx
tpu,1
,...,δx
tpu,m
为第1～m台火电机组状态，δx
tpu,m1
＝[δx
tr,m1
δp
tr,m1
δp
tpu,m1
]
t
为第m1台火电机组状态，m1∈[1,m]，δp
tpu,m1
为第m1台火电机组功率变化量，δp
tr,m1
和δx
tr,m1
为第m1台火电机组功率中间变化量，δx
pv-csp,1
,...,δx
pv-csp,n
为第1～n个光伏-光热联合发电系统状态，δx
pv-csp,n1
＝[δx
cr,n1
δp
cr,n1
δp
csp,n1
δp
pv,n1
]
t
为第n1个光伏-光热联合发电系统状态，n1∈[1,n]，δp
csp,n1
为第n1台光热发电子系统功率变化量，δx
cr,n1
和δp
cr,n1
为第n1台光热发电子系统功率中间变化量，δp
pv,n1
为第n1台光伏发电子系统功率变化量，上标t表示转置；
[0123]
定义区域系统的控制变量为：u＝[u
1，1
,
…
,u
1,m
,u
2,1
,u
3,1
,
…
,u
2,n u
3,n
]
t
，式中，u
1，1
,
…
,u
1,m
为1～m台火电机组的控制变量，u
2，1
,
…
,u
2,n
为1～n台光热发电子系统的控制变量，u
3，1
,
…
,u
3,n
为1～n台光伏发电子系统的控制变量；
[0124]
若将区域系统负荷扰动δp
l
和通过联络线联结的其他发电机组组成的控制区域的频率偏差看作系统扰动量，则区域系统的扰动变量可定义为：
[0125][0126]
如此可以推导空间状态方程模型中的系数矩阵a为：
[0127][0128]
式中，参数k
p
、ki分别为区域系统中pi控制器的比例系数和积分系数，α为联络线系数，b
ias
为偏差系数，k
1,1
为第1台火电机组的参与系数，k
1,m
为第m台火电机组的参与系数，t
g,1
、t
t,1
均为第1台火电机组发电机时间常数，t
g,m
、t
t,m
均为第m台火电机组发电机时间常数，k
r,1
为第1台火电机组原动机系数，k
r,m
为第m台火电机组原动机系数，k
2,1
为第1台光热发电子系统的参与系数，k
2,n
为第n台光热发电子
系统的参与系数，t
cg,1
、t
ct,1
、t
cr,1
均为第1台光热发电子系统时间常数，t
cg,n
、t
ct,n
、t
cr,n
均为第n台光热发电子系统时间常数，k
cr,1
为第1台光热发电子系统原动机系数，k
cr,n
为第n台光热发电子系统原动机系数，t
pv,1
为第1台光伏发电子系统延迟时间常数，t
pv,n
为第n台光伏发电子系统延迟时间常数，a为一个3m+4n+3维的系数矩阵。
[0129]
同样地，系数矩阵b的表达式为：
[0130][0131]
式中，r
tpu,1
为第1台火电机组的调节系数，r
tpu,m
为第m台火电机组的调节系数，r
csp,1
为第1台光热发电子系统的调节系数，r
csp,n
为第n台光热发电子系统的调节系数，r
pv,1
为第1台光伏发电子系统的调节系数，r
pv,n
为第n台光伏发电子系统的调节系数，b为一个(m+2n)行(3m+4n+3)列的系数矩阵；
[0132]
系数矩阵f的表达式为：
[0133][0134]
f为一个2行(3m+4n+3)列矩阵。
[0135]
由于系数矩阵c离散前后相等，系数矩阵c可以根据具体频率变化情况和控制需求的不同灵活设定。区域系统的空间状态方程模型，对于系统状态预测准确，同时模型较为简化，运算速度快，更加适用于mpc控制；该空间状态方程进行离散化，即可得到mpc控制器的
系统状态模型。
[0136]
本发明滚动获取各时刻区域系统的优选控制信号，直到区域系统负荷频率恢复至额定值，具体的获取各时刻区域系统的优选控制信号的过程如下：
[0137]
a1)根据区域系统上一时刻的负荷频率和当前时刻的负荷频率，确定区域系统所处的负荷频率控制阶段。
[0138]
在系统收到扰动到频率恢复额定值的过程中，将负荷频率开始出现偏差到偏差达到最大值的过程定义为负荷频率变化阶段；将负荷频率从最大偏差值到恢复额定值的过程定义为负荷频率恢复阶段。
[0139]
a2)根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域内各机组出力大小的mpc控制器参数。
[0140]
负荷频率变化阶段：
[0141]
频率变化阶段中由于系统频率急剧下降，该阶段内mpc控制器的主要控制目标是充分调动区域内各发电机组参与系统调频，快速抑制频率波动，保证电网安全运行。此阶段动态过程较快，持续时间较短，可以暂时忽略储能状态对系统调节裕度的影响，充分调动光热发电子系统调节能力。
[0142]
因此，可根据以下两种情况进行整定：
[0143]
若负荷频率下降，需要充分调用区域内调节资源进行频率调节，调节各机组向上调节出力，应将负荷频率对应期望值设置的尽可能大，因此c和rs可设定为：
[0144][0145]rs
＝[r]
[0146]
式中，cf为区域系统负荷频率对应的系数，rs为区域系统的输出期望值，r为常数，cf和r设置的尽可能大；
[0147]
若负荷频率上升，若需要充分调用区域内调节资源进行频率调节，需要将期望值设置的尽可能小，因此c和rs可设定为：
[0148][0149]rs
＝[-r]；
[0150]
为了保证mpc控制器的运算速度，mpc控制器的预测区间和控制区间p均不超过对应的区间阈值(即不宜过大)，该阶段下mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r设为0矩阵。
[0151]
负荷频率恢复阶段：
[0152]
负荷频率恢复阶段下，应合理分配区域内机组出力，使系统负荷频率尽快恢复到额定值。此时，mpc控制器需要充分考虑储能状态的影响，尽可能避免光热发电子系统储能状态过高或过低，保障光热子系统保持一定的频率调节能力。同时，此阶段需要尽可能避免光伏出力减小的情况，造成弃光造成系统运行经济性下降。
[0153]
系统负荷频率下降时，如果联合发电系统储热量较低，则应避免让光热发电子系统出力继续增加，反之如果联合发电系统储热量较大期望，光热发电子系统有能力进一步
增加出力承担更大的调频责任。本发明系统储能状态，通过设定系数矩阵c实现以上控制目标。
[0154]
定义储能状态soe
t
的计算公式为：
[0155][0156]
式中，m0为储热罐中储热介质质量，m
ref
为储热罐中储热介质总容量，d
in
和d
out
分别为储热介质进出口流量；
[0157]
将储能状态分为soe
t
∈(soe
high
,1]、soe
t
∈[soe
low
,soe
high
]、soe
t
∈[0,soe
low
)三个区域，即较高、正常和较低区域。
[0158]
在负荷频率恢复阶段，rs对应控制目标为频率偏差为0，同时为了保证各机组出力都在最大效率点附近，应避免单一个机组承担较大调频责任的情况。将rs设定成3m+4n+3行1列的目标矩阵，在目标函数中加入误差平方，避免单一机组承担较大调频责任的情况。
[0159]
设定c和rs如下：
[0160][0161]
式中，diag为对角矩阵，soe
high
为储能状态的阈值，bn、am、cn均为c的系数，需要在控制过程中根据系统所处储能状态灵活调节不同类型机组对应系数的大小，同一类型机组系数关系可以按照装机容量比设置。
[0162]
当soe
t
∈(soe
high
,1]，联合发电系统储热量较大，光热发电子系统有能力承担更多的调频责任，此时cf＞＞bn＞am＞cn；
[0163]
当soe
t
∈[soe
low
,soe
high
]，此时储热量处于正常工作范围，光热发电子系统同时具有较好的向上和向下出力调节能力，可正常参与频率调节，此时cf＞＞bn＝am＞cn；
[0164]
当soe
t
∈[0,soe
low
)，此时联合发电系统储热量较小，光热发电子系统向上调节能力不足，此时cf＞＞am＞bn＞cn。
[0165]
系统负荷频率向上波动时，各机组需要减载运行参与系统调频，此时应尽可能减少光伏发电子系统弃光，需要减小光伏发电子系统系数矩阵中的对应系数项数值，同时将其对应期望状态量变为负值，防止光伏持续降低出力导致弃光。考虑储能状态设定光热发电子系统系数，在储热量较高时，避免大幅度降低光热发电子系统出力，在储热量较低时，尽量减小光热发电子系统出力，该情况下c和rs设定为：
[0166][0167]
当soe
t
∈(soe
high
,1]，此时cf＞＞am＞bn＞cn；当soe
t
∈[soe
low
,soe
high
]，此时cf＞＞bn＝am＞cn；当soe
t
∈[0,soe
low
)，此时cf＞＞bn＞am＞cn；
[0168]
负荷频率恢复阶段，mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值(即不宜过大)，mpc控制器的权重矩阵为单位矩阵e，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为
单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r为αe，其中α＞1，可设置为单位矩阵的正数倍。
[0169]
a3)根据整定系数矩阵后的空间状态方程模型、整定的输出期望、以及整定的mpc控制器参数，以区域系统的预测输出与输出期望的差值最小为目标，获取当前时刻区域系统的优选控制信号。
[0170]
若预测区域和控制区间均为p，在通过空间状态方程建立的预测模型的基础上，可以利用k时刻的系统状态量和控制信号序列u(k+j-1)，可以得到k时刻下预测的系统状态变量序列x(k+j|k)，进而预测出系统输出序列y(k+j|k)。
[0171]
mpc控制器的优化目标通常是使系统预测值与期望值的差值尽可能小，同时尽可能减小控制增量，因此可建立以下优化模型：
[0172]
目标函数：
[0173][0174]
约束条件为：
[0175]umin,j
≤u(k+j-1)≤u
max,j
[0176]
x
min,j
≤x(k+j-1)≤x
max,j
[0177]ymin,j
≤y(k+j-1)≤y
max,j
[0178]
式中，j(k)为目标函数，p为mpc控制器的预测区间和控制区间，q(j)、r(j)分别为k+j时刻mpc控制器的预测偏差和控制信号的权重矩阵，y(k+j∣k)、u(k+j∣k)分别为k时刻下预测的k+j时刻的区域系统状态和k时刻下的得到的k+j的区域系统控制信号，rs(k+j)为k+j时刻区域系统的输出期望值，u(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的控制信号，x(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的状态变量，y(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的输出，u
min,j
、u
max,j
分别为u(k+j-1)的下限和上限，x
min,j
、x
max,j
分别为x(k+j-1)的下限和上限，y
min,j
、y
max,j
分别为y(k+j-1)的下限和上限。
[0179]
通过求解上述目标函数，得到最优化问题的解，即新的控制序列u(k+j-1)，取其中第一个控制信号u(k)作为k时刻下区域系统的优选控制信号。
[0180]
控制信号输入系统后，采样得到k+1时刻的区域系统状态变量和扰动信号，再次确定区域系统所处的负荷频率控制阶段，重复a1)～a3)得到下一时刻的控制信号，实现mpc控制器不断的滚动优化过程，直至区域系统负荷频率恢复至额定值。
[0181]
上述方法可以更好地考虑系统内复杂的非线性约束条件，通过在线求解最优化问题和不断滚动优化，可以获得最优的控制信号；并且在负荷频率变化阶段可以充分调用系统调频资源，有效抑制频率恶化，显著减小频率的最大偏差值；在负荷频率恢复阶段，充分考虑不同机组间的出力特性差异和光伏-光热联合发电系统储能状态的影响，更合理分配频率调节任务，在保证调频效果的基础上，实现更优化的二次调频责任配置，加快系统频率恢复。
[0182]
基于相同的技术方案，本发明还公开了上述方法的虚拟装置，一种负荷频率控制装置，包括：
[0183]
滚动模块，根据获取的各时刻区域系统状态，采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号，采用优选控制信号进行区域系统负荷频率控制，直到区域系统负荷频率恢复至额定值；其中，区域系统为含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统；
[0184]
滚动模块中，采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号的过程包括：
[0185]
根据上一时刻区域系统状态中的负荷频率和当前时刻区域系统状态中的负荷频率，确定区域系统所处的负荷频率控制阶段；
[0186]
根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数；
[0187]
根据整定系数矩阵后的空间状态方程模型、整定的输出期望、以及mpc控制器参数，以区域系统的预测输出与输出期望的差值最小为目标，获取当前时刻区域系统的优选控制信号。
[0188]
滚动模块中区域系统的空间状态方程模型为：
[0189][0190]
式中，x为区域系统的状态变量，为区域系统状态变量的导数，u为区域系统的控制变量，w为区域系统的扰动变量，y为区域系统的输出，c为待整定系数矩阵；
[0191]
x＝[δf,δp
tie
,δpa,δx
tpu,1
,...,δx
tpu,m
,...,δx
pv-csp,1
,...,δx
pv-csp,n
]
t
，δf为区域系统偏差值，δp
tie
为区域系统中联络线交换功率，δpa为区域系统中pi控制器输出增量，m和n分别为区域系统中火电机组和光伏-光热联合发电系统数量，δx
tpu,1
,...,δx
tpu,m
为第1～m台火电机组状态，δx
pv-csp,1
,...,δx
pv-csp,n
为第1～n个光伏-光热联合发电系统状态，上标t表示转置；
[0192]
u＝[u
1，1
,
…
,u
1,m
,u
2,1
,u
3,1
,
…
,u
2,n u
3,n
]
t
，u
1，1
,
…
,u
1,m
为1～m台火电机组的控制变量，u
2，1
,
…
,u
2,n
为1～n台光热发电子系统的控制变量，u
3，1
,
…
,u
3,n
为1～n台光伏发电子系统的控制变量；
[0193]
δp
l
为区域系统的负荷扰动，n为互联电力系统模型中控制区域的数量，t
1j
为第j个控制区域与区域系统的同步转矩系数，δfj为第j个控制区域的频率偏差；
[0194][0195]
a为非待整定的矩阵系数，d为区域系统中所有负荷的等效负荷阻尼常数，h为区域系统中所有发电机租惯性的等效惯性系数，参数k
p
、ki分别为区域系统中pi控制器的比例系数和积分系数，α为联络线系数，b
ias
为偏差系数，k1,1
为第1台火电机组的参与系数，k
1,m
为第m台火电机组的参与系数，t
g,1
、t
t,1
均为第1台火电机组发电机时间常数，t
g,m
、t
t,m
均为第m台火电机组发电机时间常数，k
r,1
为第1台火电机组原动机系数，k
r,m
为第m台火电机组原动机系数，k
2,1
为第1台光热发电子系统的参与系数，k
2,n
为第n台光热发电子系统的参与系数，
[0196]
t
cg,1
、t
ct,1
、t
cr,1
均为第1台光热发电子系统时间常数，t
cg,n
、t
ct,n
、t
cr,n
均为第n台光热发电子系统时间常数，k
cr,1
为第1台光热发电子系统原动机系数，k
cr,n
为第n台光热发电子系统原动机系数，t
pv,1
为第1台光伏发电子系统延迟时间常数，
[0197]
t
pv,n
为第n台光伏发电子系统延迟时间常数；
[0198][0199]
b为非待整定的矩阵系数，r
tpu,1
为第1台火电机组的调节系数，r
tpu,m
为第m台火电机组的调节系数，r
csp,1
为第1台光热发电子系统的调节系数，r
csp,n
为第n台光热发电子系统的调节系数，r
pv,1
为第1台光伏发电子系统的调节系数，r
pv,n
为第n台光伏发电子系统的调节系数；
[0200]
为非待整定的矩阵系数。
[0201]
滚动模块中，根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出
期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数，包括：
[0202]
区域系统处于负荷频率变化阶段：
[0203]
mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r设为0矩阵；
[0204]
若负荷频率下降，则其中，cf为区域系统负荷频率对应的系数，rs为区域系统的输出期望值，r为常数；
[0205]
若负荷频率上升，则
[0206]
区域系统处于负荷频率恢复阶段：
[0207]
mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r为αe；
[0208]
若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈(soe
high
,1]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＞am＞cn；其中，diag为对角矩阵，soe
high
为储能状态的阈值，bn、am、cn均为c的系数；
[0209]
若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈[soe
low
,soe
high
]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＝am＞cn；其中，soe
low
为储能状态的阈值；
[0210]
若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈[0,soe
low
)，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞am＞bn＞cn；
[0211]
若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈(soe
high
,1]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、
[0212][0213]
若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈[soe
low
,soe
high
]，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＝am＞cn；
[0214]
若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈[0,soe
low
)，则c＝diag[cf,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,am,0,0,b1,c1,
…
,0,0,bn,cn]、cf＞＞bn＞am＞cn。
[0215]
滚动模块中，获取当前时刻区域系统的优选控制信号的目标函数为：
[0216][0217]
约束条件为：
[0218]umin,j
≤u(k+j-1)≤u
max,j
[0219]
x
min,j
≤x(k+j-1)≤x
max,j
[0220]ymin,j
≤y(k+j-1)≤y
max,j
[0221]
式中，j(k)为目标函数，p为mpc控制器的预测区间和控制区间，q(j)、r(j)分别为k+j时刻mpc控制器的预测偏差和控制信号的权重矩阵，y(k+j∣k)、u(k+j∣k)分别为k时刻下预测的k+j时刻的区域系统状态和k时刻下的得到的k+j的区域系统控制信号，rs(k+j)为k+j时刻区域系统的输出期望值，u(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的控制信号，x(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的状态变量，y(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的输出，u
min,j
、u
max,j
分别为u(k+j-1)的下限和上限，x
min,j
、x
max,j
分别为x(k+j-1)的下限和上限，y
min,j
、y
max,j
分别为y(k+j-1)的下限和上限。
[0222]
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行负荷频率控制方法。
[0223]
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种计算机设备，包括一个或多个处理器、以及一个或多个存储器，一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行负荷频率控制方法的指令。
[0224]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0225]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0226]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0227]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0228]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种负荷频率控制方法，其特征在于，包括：根据获取的各时刻区域系统状态，采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号，采用优选控制信号进行区域系统负荷频率控制，直到区域系统负荷频率恢复至额定值；其中，区域系统为含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统；采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号的过程包括：根据上一时刻区域系统状态中的负荷频率和当前时刻区域系统状态中的负荷频率，确定区域系统所处的负荷频率控制阶段；根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数；根据整定系数矩阵后的空间状态方程模型、整定的输出期望、以及mpc控制器参数，以区域系统的预测输出与输出期望的差值最小为目标，获取当前时刻区域系统的优选控制信号。2.根据权利要求1所述的负荷频率控制方法，其特征在于，区域系统的空间状态方程模型为：式中，x为区域系统的状态变量，为区域系统状态变量的导数，u为区域系统的控制变量，w为区域系统的扰动变量，y为区域系统的输出，c为待整定系数矩阵；x＝[δf,δp
tie
,δp
a
,δx
tpu,1
,...,δx
tpu,m
,...,δx
pv-csp,1
,...,δx
pv-csp,n
]
t
，δf为区域系统偏差值，δp
tie
为区域系统中联络线交换功率，δp
a
为区域系统中pi控制器输出增量，m和n分别为区域系统中火电机组和光伏-光热联合发电系统数量，δx
tpu,1
,...,δx
tpu,m
为第1～m台火电机组状态，δx
pv-csp,1
,...,δx
pv-csp,n
为第1～n个光伏-光热联合发电系统状态，上标t表示转置；u＝[u
1，1
,
…
,u
1,m
,u
2,1
,u
3,1
,
…
,u
2,n u
3,n
]
t
，u
1，1
,
…
,u
1,m
为1～m台火电机组的控制变量，u
2，1
,
…
,u
2,n
为1～n台光热发电子系统的控制变量，u
3，1
,
…
,u
3,n
为1～n台光伏发电子系统的控制变量；δp
l
为区域系统的负荷扰动，n为互联电力系统模型中控制区域的数量，t
1j
为第j个控制区域与区域系统的同步转矩系数，δf
j
为第j个控制区域的频率偏差；
a为非待整定的矩阵系数，d为区域系统中所有负荷的等效负荷阻尼常数，h为区域系统中所有发电机租惯性的等效惯性系数，参数k
p
、k
i
分别为区域系统中pi控制器的比例系数和积分系数，α为联络线系数，b
ias
为偏差系数，
k
1,1
为第1台火电机组的参与系数，k
1,m
为第m台火电机组的参与系数，t
g,1
、t
t,1
均为第1台火电机组发电机时间常数，t
g,m
、t
t,m
均为第m台火电机组发电机时间常数，k
r,1
为第1台火电机组原动机系数，k
r,m
为第m台火电机组原动机系数，k
2,1
为第1台光热发电子系统的参与系数，k
2,n
为第n台光热发电子系统的参与系数，t
cg,1
、t
ct,1
、t
cr,1
均为第1台光热发电子系统时间常数，t
cg,n
、t
ct,n
、t
cr,n
均为第n台光热发电子系统时间常数，k
cr,1
为第1台光热发电子系统原动机系数，k
cr,n
为第n台光热发电子系统原动机系数，t
pv,1
为第1台光伏发电子系统延迟时间常数，t
pv,n
为第n台光伏发电子系统延迟时间常数；b为非待整定的矩阵系数，r
tpu,1
为第1台火电机组的调节系数，r
tpu,m
为第m台火电机组的调节系数，r
csp,1
为第1台光热发电子系统的调节系数，r
csp,n
为第n台光热发电子系统的调节系数，r
pv,1
为第1台光伏发电子系统的调节系数，r
pv,n
为第n台光伏发电子系统的调节系数；为非待整定的矩阵系数。3.根据权利要求2所述的负荷频率控制方法，其特征在于，根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数，包括：
区域系统处于负荷频率变化阶段：mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r设为0矩阵；若负荷频率下降，则r
s
＝[r]；其中，c
f
为区域系统负荷频率对应的系数，r
s
为区域系统的输出期望值，r为常数；若负荷频率上升，则r
s
＝[-r]；区域系统处于负荷频率恢复阶段：mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r为αe；若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈(soe
high
,1]，则c＝diag[c
f
,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,a
m
,0,0,b1,c1,
…
,0,0,b
n
,c
n
]、c
f
＞＞b
n
＞a
m
＞c
n
；其中，diag为对角矩阵，soe
high
为储能状态的阈值，b
n
、a
m
、c
n
均为c的系数；若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈[soe
low
,soe
high
]，则c＝diag[c
f
,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,a
m
,0,0,b1,c1,
…
,0,0,b
n
,c
n
]、c
f
＞＞b
n
＝a
m
＞c
n
；其中，soe
low
为储能状态的阈值；若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈[0,soe
low
)，则c＝diag[c
f
,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,a
m
,0,0,b1,c1,
…
,0,0,b
n
,c
n
]、c
f
＞＞a
m
＞b
n
＞c
n
；若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈(soe
high
,1]，则c＝diag[c
f
,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,a
m
,0,0,b1,c1,
…
,0,0,b
n
,c
n
]、c
f
＞＞a
m
＞b
n
＞c
n
；若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈[soe
low
,soe
high
]，则c＝diag[c
f
,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,a
m
,0,0,b1,c1,
…
,0,0,b
n
,c
n
]、c
f
＞＞b
n
＝a
m
＞c
n
；若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈[0,soe
low
)，则c＝diag[c
f
,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,a
m
,0,0,b1,c1,
…
,0,0,b
n
,c
n
]、c
f
＞＞b
n
＞a
m
＞c
n
。4.根据权利要求1所述的负荷频率控制方法，其特征在于，获取当前时刻区域系统的优选控制信号的目标函数为：约束条件为：
u
min,j
≤u(k+j-1)≤u
max,j
x
min,j
≤x(k+j-1)≤x
max,j
y
min,j
≤y(k+j-1)≤y
max,j
式中，j(k)为目标函数，p为mpc控制器的预测区间和控制区间，q(j)、r(j)分别为k+j时刻mpc控制器的预测偏差和控制信号的权重矩阵，y(k+j∣k)、u(k+j∣k)分别为k时刻下预测的k+j时刻的区域系统状态和k时刻下的得到的k+j的区域系统控制信号，r
s
(k+j)为k+j时刻区域系统的输出期望值，u(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的控制信号，x(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的状态变量，y(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的输出，u
min,j
、u
max,j
分别为u(k+j-1)的下限和上限，x
min,j
、x
max,j
分别为x(k+j-1)的下限和上限，y
min,j
、y
max,j
分别为y(k+j-1)的下限和上限。5.一种负荷频率控制装置，其特征在于，包括：滚动模块，根据获取的各时刻区域系统状态，采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号，采用优选控制信号进行区域系统负荷频率控制，直到区域系统负荷频率恢复至额定值；其中，区域系统为含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统；滚动模块中，采用滚动优化的方法，获取各时刻区域系统的优选控制信号的过程包括：根据上一时刻区域系统状态中的负荷频率和当前时刻区域系统状态中的负荷频率，确定区域系统所处的负荷频率控制阶段；根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数；根据整定系数矩阵后的空间状态方程模型、整定的输出期望、以及mpc控制器参数，以区域系统的预测输出与输出期望的差值最小为目标，获取当前时刻区域系统的优选控制信号。6.根据权利要求5所述的负荷频率控制装置，其特征在于，滚动模块中区域系统的空间状态方程模型为：式中，x为区域系统的状态变量，为区域系统状态变量的导数，u为区域系统的控制变量，w为区域系统的扰动变量，y为区域系统的输出，c为待整定系数矩阵；x＝[δf,δp
tie
,δp
a
,δx
tpu,1
,...,δx
tpu,m
,...,δx
pv-csp,1
,...,δx
pv-csp,n
]
t
，δf为区域系统偏差值，δp
tie
为区域系统中联络线交换功率，δp
a
为区域系统中pi控制器输出增量，m和n分别为区域系统中火电机组和光伏-光热联合发电系统数量，δx
tpu,1
,...,δx
tpu,m
为第1～m台火电机组状态，δx
pv-csp,1
,...,δx
pv-csp,n
为第1～n个光伏-光热联合发电系统状态，上标t表示转置；u＝[u
1，1
,
…
,u
1,m
,u
2,1
,u
3,1
,
…
,u
2,n u
3,n
]
t
，u
1，1
,
…
,u
1,m
为1～m台火电机组的控制变量，u
2，1
,
…
,u
2,n
为1～n台光热发电子系统的控制变量，u
3，1
,
…
,u
3,n
为1～n台光伏发电子系统的控制变量；
δp
l
为区域系统的负荷扰动，n为互联电力系统模型中控制区域的数量，t
1j
为第j个控制区域与区域系统的同步转矩系数，δf
j
为第j个控制区域的频率偏差；
a为非待整定的矩阵系数，d为区域系统中所有负荷的等效负荷阻尼常数，h为区域系统中所有发电机租惯性的等效惯性系数，参数k
p
、k
i
分别为区域系统中pi控制器的比例系数和积分系数，α为联络线系数，b
ias
为偏差系数，
k
1,1
为第1台火电机组的参与系数，k
1,m
为第m台火电机组的参与系数，t
g,1
、t
t,1
均为第1台火电机组发电机时间常数，t
g,m
、t
t,m
均为第m台火电机组发电机时间常数，k
r,1
为第1台火电机组原动机系数，k
r,m
为第m台火电机组原动机系数，k
2,1
为第1台光热发电子系统的参与系数，k
2,n
为第n台光热发电子系统的参与系数，t
cg,1
、t
ct,1
、t
cr,1
均为第1台光热发电子系统时间常数，t
cg,n
、t
ct,n
、t
cr,n
均为第n台光热发电子系统时间常数，k
cr,1
为第1台光热发电子系统原动机系数，k
cr,n
为第n台光热发电子系统原动机系数，t
pv,1
为第1台光伏发电子系统延迟时间常数，t
pv,n
为第n台光伏发电子系统延迟时间常数；b为非待整定的矩阵系数，r
tpu,1
为第1台火电机组的调节系数，r
tpu,m
为第m台火电机组的调节系数，r
csp,1
为第1台光热发电子系统的调节系数，r
csp,n
为第n台光热发电子系统的调节系数，r
pv,1
为第1台光伏发电子系统的调节系数，r
pv,n
为第n台光伏发电子系统的调节系数；为非待整定的矩阵系数。7.根据权利要求6所述的负荷频率控制装置，其特征在于，滚动模块中，根据区域系统所处的负荷频率控制阶段和当前时刻区域系统状态中光伏-光热联合发电系统的储能状态，整定区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及计算区域系统内各机组出力大小的mpc控制器参数，包括：
区域系统处于负荷频率变化阶段：mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r设为0矩阵；若负荷频率下降，则r
s
＝[r]；其中，c
f
为区域系统负荷频率对应的系数，r
s
为区域系统的输出期望值，r为常数；若负荷频率上升，则r
s
＝[-r]；区域系统处于负荷频率恢复阶段：mpc控制器的预测区间和控制区间均不超过对应的区间阈值，mpc控制器的预测偏差的权重矩阵q为单位矩阵e、控制信号的权重矩阵r为αe；若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈(soe
high
,1]，则c＝diag[c
f
,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,a
m
,0,0,b1,c1,
…
,0,0,b
n
,c
n
]、c
f
＞＞b
n
＞a
m
＞c
n
；其中，diag为对角矩阵，soe
high
为储能状态的阈值，b
n
、a
m
、c
n
均为c的系数；若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈[soe
low
,soe
high
]，则c＝diag[c
f
,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,a
m
,0,0,b1,c1,
…
,0,0,b
n
,c
n
]、c
f
＞＞b
n
＝a
m
＞c
n
；其中，soe
low
为储能状态的阈值；若且负荷频率下降、且储能状态soe
t
∈[0,soe
low
)，则c＝diag[c
f
,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,a
m
,0,0,b1,c1,
…
,0,0,b
n
,c
n
]、c
f
＞＞a
m
＞b
n
＞c
n
；若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈(soe
high
,1]，则c＝diag[c
f
,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,a
m
,0,0,b1,c1,
…
,0,0,b
n
,c
n
]、c
f
＞＞a
m
＞b
n
＞c
n
；若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈[soe
low
,soe
high
]，则c＝diag[c
f
,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,a
m
,0,0,b1,c1,
…
,0,0,b
n
,c
n
]、c
f
＞＞b
n
＝a
m
＞c
n
；若且负荷频率上升、且储能状态soe
t
∈[0,soe
low
)，则c＝diag[c
f
,0,0,0,0,a1,
…
,0,0,a
m
,0,0,b1,c1,
…
,0,0,b
n
,c
n
]、c
f
＞＞b
n
＞a
m
＞c
n
。8.根据权利要求5所述的负荷频率控制装置，其特征在于，滚动模块中，获取当前时刻区域系统的优选控制信号的目标函数为：约束条件为：
u
min,j
≤u(k+j-1)≤u
max,j
x
min,j
≤x(k+j-1)≤x
max,j
y
min,j
≤y(k+j-1)≤y
max,j
式中，j(k)为目标函数，p为mpc控制器的预测区间和控制区间，q(j)、r(j)分别为k+j时刻mpc控制器的预测偏差和控制信号的权重矩阵，y(k+j∣k)、u(k+j∣k)分别为k时刻下预测的k+j时刻的区域系统状态和k时刻下的得到的k+j的区域系统控制信号，r
s
(k+j)为k+j时刻区域系统的输出期望值，u(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的控制信号，x(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的状态变量，y(k+j-1)为k+j-1时刻区域系统的输出，u
min,j
、u
max,j
分别为u(k+j-1)的下限和上限，x
min,j
、x
max,j
分别为x(k+j-1)的下限和上限，y
min,j
、y
max,j
分别为y(k+j-1)的下限和上限。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1～4所述的方法中的任一方法。10.一种计算机设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器、以及一个或多个存储器，一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1～4所述的方法中的任一方法的指令。

技术总结
本发明公开了一种负荷频率控制方法、装置、存储介质及计算机设备，本发明根据区域系统当前时刻的负荷频率，确定区域系统所处的负荷频率控制阶段，结合光伏-光热联合发电系统的储能状态，对区域系统的空间状态方程模型系数矩阵和输出期望值、以及MPC控制器参数进行整定，以区域系统的预测输出与输出期望的差值最小为目标，获取当前时刻区域系统的优选控制信号，通过滚动获取各时刻区域系统的优选控制信号，实现区域系统的负荷频率最优控制，相较于传统的负荷频率控制方法，更适用于含光伏-光热联合发电系统的区域频率响应系统。光热联合发电系统的区域频率响应系统。光热联合发电系统的区域频率响应系统。


技术研发人员：林克曼 项文昕 张延林 吴峰 史林军 李杨
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/20