考虑间歇性风电风速预测的综合能源系统模型预测控制研究

《Renewable Energy》：MPC for the comprehensive energy system considering wind speed prediction of intermittent wind energy

本文针对可再生能源并网引发的频率稳定问题，提出了一种融合双馈风机（DFIG）、高阶抽水蓄能及传统机组的综合能源系统模型预测控制（MPC）策略。创新性地将微观风速预测模型PiTransformer嵌入MPC框架，通过自适应系数惯性控制与详细水力瞬态建模，有效平抑风电波动对电网频率的干扰。

　　

Highlight

本文的核心创新点可总结如下：

(1) 针对传统模型难以捕捉波动性风速动态的局限，提出优化多步风速预测方法PiTransformer。在嵌入层创新性融合高斯噪声与权重丢弃技术，前馈层则引入可学习缩放因子和门控线性单元（GLU）架构。

(2) 提出融合风速预测的新型模型预测控制（MPC）方法。将微观快速波动的风速预测值整合至MPC框架的扰动项中，基于预测扰动推导拉盖尔函数下的成本与约束条件，形成综合能源系统的鲁棒控制策略。

(3) 建立了抽水蓄能调节系统的详细模型，充分考虑其复杂水力瞬态过程。同时推导了含风速参量的风机角速度新微分方程，实现双馈风机（DFIG）的自适应系数集成惯性控制。

Conclusion

为提升可再生能源并网下电力系统的频率稳定性，本文设计了包含双馈风机（DFIG）、高阶抽水蓄能单元、传统水电与火电/核电的综合能源系统。提出融合风速预测的模型预测控制（MPC）策略以抑制风电固有波动性。所构建的微观风速预测模型PiTransformer被嵌入MPC框架，通过IEEE 39节点案例验证了其在随机负荷与风电扰动下实现高效快速频率调节的能力。