基于Tube的模型预测控制及其在风力发电系统中的应用
批准号:
62073136
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
刘向杰
依托单位:
学科分类:
控制理论与技术
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘向杰
中文摘要
模型预测控制是工业控制领域中应用最广泛的先进控制策略之一。由于实际工业过程普遍存在着参数不确定及扰动不确定,鲁棒模型预测控制近年来逐渐成为研究的热点。基于Tube的模型预测控制,通过设计一个参数化的Tube不变集序列,使得持续有界扰动下的系统状态始终保持在以标称系统状态为中心的Tube不变集序列内,从而能够有效地抑制有界的不确定性。结合概率论、数理统计和随机过程等数学概念和工具,通过构造适合随机系统分布特性的概率约束,构建基于Tube的稳定高效的非线性随机预测控制策略。通过基于深度学习的风电场风速特征提取、随机过程参数辨识及风力发电系统的精确建模,设计符合风场风速随机分布特性的概率约束,构造基于Tube的风力发电系统模型预测控制,使得实际风力发电系统状态保持在Tube不变集内,满足系统物理约束,提高风速扰动下风电机组并网能力,减小对电网的冲击,保证风电机组运行的稳定性和经济性。
英文摘要
Model predictive control (MPC) is one of the most widely used advanced control strategies in industrial process control. In recent years, robust model predictive control has become a research hotspot due to the existing parameter uncertainty and disturbance uncertainty in industrial processes. Under continuous bounded perturbation, the Tube MPC can always keep the system state within the parameterized tube invariant set sequence centered on the nominal system state, which can effectively suppress bounded uncertainty. Incorporating mathematical concepts and tools, i.e., probability theory, mathematical statistics and stochastic process, a stable nonlinear stochastic predictive control strategy based on tube is provided by constructing the probability constraint suitable for the distribution characteristics of stochastic system. With the deep-learning-based feature extraction, parameter identification, and accurate modeling of wind power generation system, the probability constraint is designed in accordance with stochastic distribution characteristics of wind speed. Meanwhile, the Tube MPC is constructed, which makes the actual state to be within the tube invariant set and meet the system physical constraints. Consequently, the Tube MPC overcomes the wind speed disturbance to guarantee the stability and economy of the wind turbine operation. Furthermore, it improves the grid-connection ability with decreasing the impact of the stochastic wind power on power grid.
模型预测控制是工业控制领域中应用最广泛的先进控制策略之一。经典的模型预测控制基于系统的当前状态,通过在每次采样时反复求解有限时域开环最优控制问题获得优化控制解。由于实际工业过程普遍存在着参数不确定及扰动不确定,鲁棒模型预测控制近年来逐渐成为研究的热点。基于Tube的模型预测控制,通过设计一个参数化的Tube不变集序列,使得持续有界扰动下的系统状态始终保持在以标称系统状态为中心的Tube不变集序列内,从而能够有效地抑制有界的不确定性。结合概率论、数理统计和随机过程等数学概念和工具,通过构造适合随机系统分布特性的概率约束,构建基于Tube的稳定高效的非线性随机预测控制策略,将在线优化问题转化为搜索控制序列而非控制策略,有效降低了计算复杂度。同时,辅助控制器确保存系统在不确定性动态和有界外部扰动情况下偏差仍然有界。.基于深度学习的风电场风速特征提取、随机过程参数辨识及风力发电系统的精确建模,设计符合风场风速随机分布特性的概率约束,构造基于Tube的风力发电系统模型预测控制,使得实际风力发电系统状态保持在Tube不变集内,满足系统物理约束,提高风速扰动下风电机组并网能力,减小对电网的冲击,保证风电机组运行的稳定性和经济性。.针对风电高渗透的电力系统负荷频率控制问题,提出了基于鲁棒 Tube 方法的分布式模型预测控制策略。该控制系统包括名义模型预测控制器和辅助反馈控制律,相邻发电区域的信息作为反馈项被纳入辅助控制器,在抑制风速不确定性的同时,实现发电区域之间的有效协调。基于 Schur 矩阵特性和有界干扰特性,保证了该分布式控制系统的输入-状态稳定性。.项目研究成果在不同场景下的数值仿真和物理实验验证了所提出策略的有效性,已在内蒙古骆驼山风电场等多家风电企业开展工程示范应用,有效提升了发电机组的运行寿命,平抑由负荷变化和不确定风速引起的电网频率波动。研究成果对加速我国能源转型下新型电力系统控制的智能化进程具有重要的理论及实践意义。
鲁棒协同预测控制及其在多源发电过程中的应用
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批准号:61673171
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2016
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负责人:刘向杰
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依托单位:
多级分布预测控制及其在新能源电力系统控制中的应用
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批准号:61273144
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项目类别:面上项目
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资助金额:77.0万元
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批准年份:2012
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负责人:刘向杰
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依托单位:
非线性约束预测控制研究及其在电站节能控制中的应用
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批准号:60974051
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项目类别:面上项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2009
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负责人:刘向杰
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依托单位:
国内基金
海外基金