本文是一篇电力论文，电力的产生方式主要有：火力发电（煤等可燃烧物）、太阳能发电、大容量风力发电技术、核能发电、氢能发电、水利发电等。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇电力论文，供大家参考。
1 绪论
1.1 选题背景及意义
随着“一带一路”的大力推动，电力能源国际化发展势不可当，大型互联电网的建设成为世界各国共同追求的目标。由于能源和负荷的分布不均，互联电网长距离输电才能满足世界各地区对电力能源的需求。互联电网通过联络线使区域之间互相提供功率支持，提高了电网的安全稳定性，节省了大量的电力交易费用。近年来，为了取代传统火电，减少温室气体排放，改善人类赖以生存的生态环境，可再生能源的开发成了各国政府关注的焦点。但是，风电、光伏等新能源的大规模并网使得互联电网的格局发生了重大变化，新能源发电的随机性和波动性对电力系统的安全稳定运行提出了更高的要求【1】。据国家能源局统计，截止 2015 年底，我国火电机组结构不断优化，超临界机组占比大幅度提高，60 万千瓦及以上的机组比例达到 41%；水电规模不断增加，新增投产 1亿千瓦以上，占我国总装机的 20.9%；光伏发电大规模发展，新增约 4200 万千瓦；风电规模高速增长，占比由 2010 年的 3.1%提高至 8.6%。风力发电成为目前电网最有发展潜力的方式之一，但是，电网中接入大量的风电机组以后，风电机组故障对电力系统控制和运行及频率控制问题的不良影响将会被放大【2】。风电的并网造成了很多新的问题，其一，风电的比例增大，风功率波动会增加电力系统的备用容量，使调频机组的成本增加。其二，风电出力随着风速的变化不断变化，停风切机的情况也很常见，这会导致电力系统有功和负荷的不平衡，造成电网频率超出规定范围，不利于电力系统的安全稳定运行。其三，并网风力发电机组大多采用双馈发电机或同步发电机加电力电子装置，这些风电机组的机械功率与电磁功率、转速与系统频率是解耦的，风电机组无法对系统频率产生响应，当系统发生扰动时，风电机组不能参与电网的频率调节【3】。当系统中运行的风电机组比例越来越大时，传统的水火电机组比例就越来越小，系统的惯量就越小，更加不利于系统恢复稳定。风功率的波动性和不确定性将会导互联电力系统联络线功率越限，有功功率失衡等问题，这将给电网频率控制造成前所未有的困境。风电的大规模并网还引出了新环境下传统控制方法是否仍然适用的技术。因此，负荷频率控制的研究对象由传统水火电系统转变为包含风电并网的新型电力系统，亟需将更先进和更符合实际应用的频率控制方法应用到含大规模风电的电力系统中，改善风电对电力系统频率的不良影响。
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1.2 电力系统频率控制
电力系统频率是用来衡量电网安全稳定运行的重要指标之一，频率反映了电力系统的有功功率供需平衡的问题。过大的频率偏差将导致低频或者高频继电保护动作，从而甩负荷或者切机故障。在某些恶劣的运行条件下，可能导致级联故障和系统崩溃【4】。电力系统的频率调节主要包括一次调频、二次调频和三次调频。一次调频主要使针对电力系统中变化周期短，幅值小的负荷，它是发电机组调速器对频率变化产生的自发反应。二次调频是通过发电机组的调频器对频率偏移进行调整，主要针对变化周期较长、幅值较大的负荷分量。三次调频也称经济调度，目的是对发电厂的有功出力进行优化，主要针对周期长、幅度大的负荷分量【5】。电力系统频率控制已经有较长的研究历史，也取得了大量的研究成果。控制策略在近几十年里也有了很大的改进，研究人员对联络线交换功率以及系统频率控制的研究一直保持着热情，并不断提出新的控制方法适应新的发展。
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2 含风电互联电网负荷频率控制建模
2.1 负荷频率控制模型
电力系统频率稳定主要依赖于有功功率的供需平衡，需求侧有功的变化将通过系统频率的变化来反映。频率偏差是反映负荷与发电机功率不平衡的重要指标。任何短时的功率不平衡将导致系统频率的即刻变化，这种变化将由发电机调速系统来抑制。但系统功率缺额过大，且得不到及时补充，则会产生严重的频率越限问题，从而影响发电机运行。一次调频和二次调频是电力系统的两种基本调频方法。二次调频主要作用是发电控制。对于互联电网通常由负荷频率控制（LFC）来控制系统频率和联络线功率。发电机的有功通过改变原动机输出的机械功率来调节，原动机包括但不限于蒸汽机、燃气轮机、水轮机、柴油机。对于蒸汽机和水轮机，操作其控制进气量或进水量的控制阀可以改变原动机的有功出力。原动机的有功出力必须随着负荷情况实时调整，否则发电机转速将发生变化，从而导致系统频率改变。就电力系统控制而言，频率必须保持在设定值范围内。大部分大型同步发电机除了拥有一次调频回路外，还配备有二次调频回路，如图 2-1所示，调速器通过一、二次调频回路检测发电机转速（频率）变化。一次调频回路使调速器输出一个稳定的有功整定值给原动机，而后液压放大器通过机械装置调节节气阀或水阀实现功率调整。二次调频回路将频率偏差作为反馈信号并通过动态控制器将其加入一次调频回路中，输出调整信号c P 来实现频率调节，实质上就是调用调频器来调节发电机的有功-频率曲线的负荷运行基准值来实现频率调节。二次调频回路在实际电力系统中的动态控制器通常是一个简单的比例积分（PI）控制装置。
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2.2 风电机组的数学模型
风力机是把动能转变为机械能的设备，一般由风轮、齿轮箱、传动装置、偏航系统、制动系统及附属部件等组成。风轮的桨叶能够捕获自然中的风能，将风能转换成机械能。风轮的设计决定着风电机组的发电效率，并且关乎机组的安全稳定运行【38-39】。文献【42】提出了双馈发电机的简化聚合模型，该模型将机侧变流器、双馈发电机和网侧变流器合成一个单一结构，由于忽略瞬变电抗的影响不会改变问题特性，可以将双馈发电机模型的结构进一步简化，简化后的结构如图 2-4 所示。
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3 考虑风电参与调频的互联电网负荷频率控制......19
3.1 含风电的互联电网负荷频率控制模型 .......19
3.2 风电的调频控制 .......21
3.3 仿真分析 .......... 22
3.3.1 风电容量对含风电互联电网负荷频率控制的影响 ............23
3.3.2 风电调频系数对含风电互联电网负荷频率控制的影响 .... 25
3.4 本章小结 .......... 27
4 基于 ADRC 的含风电互联电网负荷频率控制 ....29
4.1 自抗扰控制的发展 ............29
4.2 ADRC 核心算法.......31
4.3 仿真分析.......... 35
4.3.1 定风速情况.... 35
4.3.2 风速波动情况......... 38
4.4 本章小结.......... 39
5 基于 LADRC 的含风电互联电网负荷频率控制 .......... 41
5.1 线性自抗扰控制....... 41
5.2 LADRC 核心算法 .... 41
5.3 仿真分析.......... 43
5.4 本章小结.......... 47
5 基于 LADRC 的含风电互联电网负荷频率控制
5.1 线性自抗扰控制
韩京清提出的 ADRC 参数较多，调节困难，在工程应用中很难实现控制。高博士团队通过大量仿真实验和研究发现，采用线性函数也能得到性能优良的控制器，并且参数整定计算量大大减小，更适合工程应用。ADRC 线性简化的最主要目标是面向工厂的工程应用，考虑到现有实际应用已经有了过渡过程的配置手段，简化方案中略去了跟踪微分器配置过渡过程的部分，而将重点放在扩张状态观测器 ESO 与非线性组合控制律的线性简化上。其基本思想是：将扩张状态观测器线性化，并将其参数与观测器带宽相联系，简化 ESO 的设计；采用一个简单的PD 控制组合，并将比例系数、微分时间常数与控制器带宽相联系，简化控制器的整定。本章利用线性扩张状态观测器（LESO）简单易行的特点，将其应用到 ADRC 中，大大简化了控制器的参数整定【51】。由上图可以看出线性自抗扰控制器与 ADRC 对比，主要在下面几个方面进行了改进：(1)LADRC 控制器把过渡过程中的跟踪微分器用函数发生器来代替；(2)把非线性误差反馈控制律用 PD 控制器代替了；(3)用 LESO 代替 ESO，也能将输出信号变成平缓的形式，提高控制稳定性。它与 PD 实现的功能是相同的，但是需要整定的参数数目变得更少了。
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结论
电力系统正在从传统的水火电电力系统转变成含大规模风电的新型系统，风电的波动性和随机性使互联电网的负荷频率控制面临着严峻的挑战。对于新形势下的负荷频率控制，不仅要考虑风电机组的控制问题，而且要不断提出和改进新的负荷频率控制方法以代替传统 PI 控制适应含风电的新型系统。本文运用自抗扰控制研究了风电参与调频下互联电网的负荷频率控制问题，通过 Matlab/Simulink 仿真平台建立了含风电的负荷频率控制模型，通过仿真分析，得出如下结论：
（1）高渗透率风电对电力系统频率产生了巨大的影响，随着风电调频能力的不断研究和应用，风电的调频作用应该被考虑进互联电网的负荷频率控制中。本文建立了含风电的互联电网的负荷频率控制模型，在风电数学模型中加入风电调频环节，其中包括惯性控制和一次调频控制环节。通过仿真得出，当系统发生扰动时，风电参与系统调频可以减小系统频率极值和联络线功率波动范围，有利于系统的安全稳定性。风电容量越大，风电调频系数PK 越大，系统频率和联络线功率动态极值越小，但是PK 值增大到一定程度，频率波动性变大。
（2）风电的大规模并网使传统的 PI 控制适用性降低，本文提出了将自抗扰控制应用到含风电负荷频率控制中，首先将区域电网负荷频率控制的水火电模型简化成二阶系统，然后设计二阶 ADRC，对比分析了未含风电 PI-LFC、含风电 PI-LFC、未含风电ADRC-LFC 和含风电 ADRC-LFC 四种情况下的负荷频率控制。最后通过仿真得出，定风速情况下，当系统发生负荷扰动时，ADRC-LFC 较 PI-LFC 能有效地减小扰动过程中系统频率偏差极值和联络线功率极值，减小了频率调节时间，增大了 CPS1 值，更有利于电力系统的频率稳定性。风速波动情况下，ADRC 和 PI 控制相比表现出了快速稳定系统频率的控制性能，明显地减小了风速带来的频率和联络线功率波动，增加了联络线功率的传输极限。
（3）由于非线性 ADRC 参数较多，调节复杂，本文提出了基于 LADRC 的含风电负荷频率控制。验证了 LADRC 不仅具有非线性 ADRC 优良的调节性能，而且参数调整简单，更适用于实际应用。与 PI-LFC 相比，LADRC-LFC 同样可以减小负荷扰动过程中系统频率偏差和联络线功率极值，也可减小风速波动情况下系统频率波动范围，提高了电力系统安全稳定性。
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参考文献（略）
