一种基于柔性发电机组的发电车分布式供电控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于柔性发电机组的发电车分布式供电控制方法，为每个发电车的同步发电机SG集成对应的储能系统ESS，从而形成柔性发电机组FG；每个柔性发电机组FG用于为相应的子系统供电；为每个柔性发电机组FG配置独立的MPC控制模块；MPC控制模块实时采集相应子系统的运行状态参数，并结合参考信号进行模型预测控制，输出预测控制输出量给柔性发电机组FG；柔性发电机组FG的控制器以所述预测控制输出量作为供电控制输入量，根据所述供电控制输入量输出功率。本发明专利技术解决了如何克服集中控制存在的数据处理负担过重以及需要配置大容量ESS的技术问题。ESS的技术问题。ESS的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性发电机组的发电车分布式供电控制方法


[0001]本专利技术涉及发电车供电控制


技术介绍

[0002]发电车的应用领域已比较广泛，诸如抢险救灾、野外施工、列车供电等，都需要依赖应急发电车提供可靠的电力源。为保证应急发电车的可靠供电，提出了许多关于发电车稳定控制的方法。其中一种方法是将储能系统(Energy Storage System，ESS)应用于发电车内部的同步发电机(Synchronous Generator，SG)，形成柔性发电机组(Flexible Generator，FG)。目前，为了同步各个同步发电机的功率，采用集中控制模式：一个集总ESS对应多个同步发电机SG，需要从不同电力网络中采集信息然后传送到中央处理器，巨大的数据量，给处理器带来了通信延迟和计算瓶颈。另外，要求集总ESS容量较大，当系统达到其标称状态时需要额外的控制来退出ESS。

技术实现思路

[0003]针对上述技术的不足，本专利技术提供了一种基于柔性发电机组的发电车分布式供电控制方法，解决如何克服集中控制存在的数据处理负担过重以及需要配置大容量ESS的技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于柔性发电机组的发电车分布式供电控制方法，包括以下步骤：
[0005]为每个发电车的同步发电机SG集成对应的储能系统ESS，从而形成柔性发电机组FG；
[0006]每个柔性发电机组FG用于为相应的子系统供电；
[0007]为每个柔性发电机组FG配置独立的MPC控制模块；
[0008]MPC控制模块实时采集相应子系统的运行状态参数，并结合参考信号进行模型预测控制，输出预测控制输出量给柔性发电机组FG；
[0009]柔性发电机组FG的控制器以所述预测控制输出量作为供电控制输入量，根据所述供电控制输入量输出功率。
[0010]进一步的，模型预测控制的预测控制模型如下：
[0011][0012]式中，J
k
(x(k),u(k))表示目标函数，k表示时间步长，x(k)表示状态变量，u(k)表示预测控制输入向量，f(x(k),u(k))表示FG动态力学方程组，g(x(k),u(k))表示约束函数；
[0013]通过所述预测控制模型预测k+1时刻的状态变量x(k+1)并代入柔性发电机组FG的动态力学方程组，计算出k+1时刻的预测控制输入向量u(k+1)，根据k+1时刻的预测控制输
入向量u(k+1)计算预测控制输出量。
[0014]进一步的，基于SG动力学模型与ESS功率控制器的动力学模型，建立FG动态力学方程组：
[0015][0016]其中，
[0017]式中，i代表子系统编号，δ
i
和ω
i
分别是转子角度和转速，ω
s
是基本转子电速度，ω
n
是同步角频率；M是FG的惯量常数，K
Di
是FG的阻尼系数；P
i
是FG的总输出功率；P
si
表示ESS的输出功率；P
mi
表示同步发电机的机械功率；P
ci
表示同步发电机的汽轮机调速器的设定值；P
srefi
表示ESS传输有功功率的参考设定点；T
si
、T
′
si
分别表示ESS传输有功功率的时间常数和时间常数暂态短路值；T
gi
、R
i
分别表示同步发电机的汽轮调速器的时间常数、下垂系数；P
ei
表示同步发电机的输出功率；T
doi
、T
′
doi
分别表示同步发电机d轴的时间常数、暂态短路值；E
fi
表示同步发电机的励磁电压；u
fi
表示同步发电机的输出电压；x
di
、x
′
di
分别代表d轴同步电抗及暂态电抗；I
di
、I
qi
分别代表同步发电机d、q轴电流；
[0018]根据FG动态力学方程组得到第i个子系统中：
[0019]预测控制模型的状态变量：x
i
＝[δ
i
,ω
i
,P
i
,P
si
]T
；
[0020]预测控制模型的预测控制输入向量：u
i
＝[P
ci
,u
fi
,P
srefi
]T
；
[0021]预测控制模型的预测控制输出量包括：E
fi
、P
ci
、P
srefi
；根据FG动态力学方程组中E
fi
与u
fi
的关系计算E
fi
。
[0022]进一步的，目标函数J
k
(x(k),u(k))的表达式如下：
[0023][0024]式中，α、β、λ均是归一化目标函数的加权因子；Δu
j
(k)是预测控制输入量的变化量：Δu
j
(k)＝u
j
(k)
‑
u
j
(k
‑
1)，S
u
表示预测控制输入向量中各元素编号的集合；ω
n
表示同步角频率；δ
ref
是转子角度的参考值；ω
n
、δ
ref
均是按需设置的参考信号。
[0025]进一步的，约束函数g(x(k),u(k))的表达式如下：
[0026][0027]式中，分别为根据需求设置的机械功率的下限值、上限值；分别为根据需求设置的机械功率的下限值、上限值；分别为根据需求设置的ESS的输出功率的下限值、上限值；分别为根据需求设置的ESS传输有功功率的参考设定点的下限值、上限值；分别为根据需求设置的同步发电机的汽轮机调速器的设定值的下限值、上限值；值、上限值；分别为根据需求设置的同步发电机的输出电压的下限值、上限值。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果包括：
[0029]1、本专利技术中每个FG都具有自己的局部控制器(MPC控制模块)，局部控制器只需要局部子系统模型和局部测量来产生最优控制行为，解决了集中式控制中单中心解决最优控制问题给控制器的风险问题：通信延迟和计算瓶颈。
[0030]2、本专利技术采用ESS和SG集成为一个FG，与集总ESS相比每个FG只需要配备一个更小的ESS，且即使其中一些退出，剩余的ESS仍然可以工作。
[0031]3、MPC通过实时采集系统信息，获得下一时刻系统的最优控制参数(预测控制输入向量u(k+1))，最优控制参数是随系统运行情况实时变化的，当系统发生扰动时就能及时调整最优控制参数的值，使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性发电机组的发电车分布式供电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：为每个发电车的同步发电机SG集成对应的储能系统ESS，从而形成柔性发电机组FG；每个柔性发电机组FG用于为相应的子系统供电；为每个柔性发电机组FG配置独立的MPC控制模块；MPC控制模块实时采集相应子系统的运行状态参数，并结合参考信号进行模型预测控制，输出预测控制输出量给柔性发电机组FG；柔性发电机组FG的控制器以所述预测控制输出量作为供电控制输入量，根据所述供电控制输入量输出功率。2.根据权利要求1所述的基于柔性发电机组的发电车分布式供电控制方法，其特征在于，模型预测控制的预测控制模型如下：式中，J
k
(x(k),u(k))表示目标函数，k表示时间步长，x(k)表示状态变量，u(k)表示预测控制输入向量，f(x(k),u(k))表示FG动态力学方程组，g(x(k),u(k))表示约束函数；通过所述预测控制模型预测k+1时刻的状态变量x(k+1)并代入柔性发电机组FG的动态力学方程组，计算出k+1时刻的预测控制输入向量u(k+1)，根据k+1时刻的预测控制输入向量u(k+1)计算预测控制输出量。3.根据权利要求2所述的基于柔性发电机组的发电车分布式供电控制方法，其特征在于，基于SG动力学模型与ESS功率控制器的动力学模型，建立FG动态力学方程组：其中，式中，i代表子系统编号，δ
i
和ω
i
分别是转子角度和转速，ω
s
是基本转子电速度，ω
n
是同步角频率；M是FG的惯量常数，K
Di
是FG的阻尼系数；P
i
是FG的总输出功率；P
si
表示ESS的输出功率；P
mi
表示同步发电机的机械功率；P
ci
表示同步发电机的汽轮机调速器的设定值；
P
srefi
表示ESS传输有功功率的参考设定点；T
si
、T
′
si
分别表示ESS传输有功功率的时间常数和时间常数暂态短路值；T
gi
、R
i
分别表示同步发电机的汽轮调速器的时间常数、下垂系数；P
ei
表示同步发电机的输出功率；T
doi
、T
′
doi
分别表示同步发电机d轴的时间常数、暂态短路值；E
fi
表示同步发电机的励磁电压；u
fi
表示同步发电机的输出电压；x
di
、x
′
di
分别代表d轴同步电抗及暂态电抗；I
di
、I
qi
分别代表同步发电机d、q轴电流；根据FG动态力学方程组得到第i个子系统中：预测控制模型的状态变量：x
i
＝[δ
i
,ω
i
,P
i
,P
si
]
T
；预测控制模型的预测控制输入向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢睿，王照，葛馨远，陈剑，孙峥，谢斌，刘杰英，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：