[發(fā)明專利]一種基于模型預測控制的風電場有功功率控制方法

有效

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• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106786807B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設計）人: 鄒見效;彭超;劉淼;徐紅兵;何健
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發(fā)明公開了一種基于模型預測控制的風電場有功功率控制方法，根據(jù)風電機組所處風速將風電機組進行分類，并采用等值建模方法建立每類機組的局部線性化狀態(tài)空間模型并基于此設計模型預測控制器，考慮不同類機組的動態(tài)響應特性，按一定的優(yōu)先級將電網(wǎng)調度值分配給每類機組，每類機組所得到的有功參考值再由模型預測控制器進行修定，修定值按比例分配給該類中所有機組。本發(fā)明以風電場有功功率控制為目標，考慮機組間的運行差異，并基于模型預測控制，使之能快速跟蹤電網(wǎng)調度值。

技術領域

本發(fā)明屬于風電場有功功率控制技術領域，更為具體地講，涉及一種基于模型預測控制的風電場有功功率控制方法。

背景技術

風力發(fā)電作為最主要的可再生能源利用形式，得到了快速的發(fā)展。傳統(tǒng)的風電場控制方式是一種自治的有功功率控制方式，允許風電場內各臺風機自行根據(jù)風能的變化盡可能的發(fā)電。隨著風電滲透水平逐漸增高，這種因風能的不確定性引起的風電場有功功率的波動性給電網(wǎng)的安全運行帶來了巨大挑戰(zhàn)。風電場實現(xiàn)可控運行將逐漸成為大型風電場并網(wǎng)運行的發(fā)展趨勢，風電場可控運行的關鍵技術是風電場的有功功率控制。

風電場有功功率控制即風電場可以盡己所能跟蹤電網(wǎng)調度值。為了使風電場有功輸出波動性得到平抑，常用的方法是使用大型儲能設備，然而這種方法的設備成本、技術成本和維護成本較高。另一種較經(jīng)濟的方法是風電機組的協(xié)同控制的方法。這種方法利用風電場的集合效應，通過風電場層的控制單元給每臺風機分配功率參考值，把每臺風電機組看作一個執(zhí)行器，每臺機組的有功輸出之和則為風電場總有功功率。

國內外學者對風機的有功功率協(xié)同控制方法展開了一系列探討，最常用的是根據(jù)電網(wǎng)調度值與公共鏈接點測量得到的風電場有功輸出之間的偏差，采取比例-積分控制方式，然后使用比例分配方式將有功參考值分配給各臺機組。由于風電場是一個多變量強耦合，又含約束的系統(tǒng)，非常適合用模型預測控制方法進行控制。近來有學者提出將模型預測控制方式應用于風電場控制，分別又有集中式模型預測控制和分布式模型預測控制兩種方案。由于風電場模型是一個多輸入多輸出的系統(tǒng)，隨著風機數(shù)量增多，階數(shù)顯著增大，分布式模型預測方案較集中式模型預測控制方案能減少計算量。總的來說目前這些研究都將風電場進行統(tǒng)一控制，未考慮機組所處不同位置風況不同等差異。然而如果不考慮機組間差異，造成功率分配不當，必然導致總有功功率跟蹤效果不佳。并且目前的研究忽略了機組響應時間，認為機組有功輸出瞬間即可達到參考值，轉而將研究重點放在功率可追蹤下的風機載荷控制。所以以快速跟蹤電網(wǎng)調度為目的的研究甚少。

因此，一種基于模型預測控制方式，將所處不同風況的風電機組進行分類并對有功調整量進行合理分配，使風電場能夠快速跟蹤電網(wǎng)調度命令的有功功率控制方法具有重要意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于模型預測控制的風電場有功功率控制方法，使風電場快速響應，并避免機組的不必要動作，實現(xiàn)對電網(wǎng)調度值的跟蹤。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明基于模型預測控制的風電場有功功率控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、根據(jù)風機出廠參數(shù)，從切入風速v_in到額定風速v_rated再到切出風速v_out將風電機組所處風況進行分類，再根據(jù)分類結果，將來自電網(wǎng)調度中心的有功調度功率和從公共鏈接點測量得到的風電場實時有功出力進行風電場級有功參考值分配，使每類風電機組分配到有功功率參考值其中，i＝1,2,…,n，n表示風電機組分類總數(shù)；

(2)、對分類后的每一類風電機組按照分類類別進行等值建模，再在等值建模基礎上，設計每一類風電機組的模型預測控制器，最后利用模型預測控制器對進行修定，得到有功功率值

(3)、將有功功率值按照單臺風電機組在該類風機機組中的出力比例分配給單臺風電機組，使每臺風電機組分配到輸出功率值m_i表示第i類風電機組的總臺數(shù)；