[發明專利]一種海上浮式風電場多目標運行調度方法

在審

• 申請號: 202110226023.4
• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN112990674A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 劉宏達;劉俊;張玉哲;徐哲;張爽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q10/04;G06Q50/06;G06N3/04;G06N3/08;H02J3/38
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本發明一種海上浮式風電場多目標運行調度方法，設定一個至少包含兩個風機的海上浮式風電場，海上浮式風電場的單臺風機模型相互獨立，約束獨立；建立基于CNN?LSTM的海上浮式風電場預測模型；基于預測模型輸出的預測步長內的風機預測功率，設定目標函數；對風機模型中的變量給定約束值；使用差分算法的方法進行求解。本發明綜合考慮了風、浪、尾流效應和疲勞對海上浮式風電場發電量的影響，建立了具有深度學習結構的CNN?LSTM混合模型來預測風電場出力；解決了海上浮式風電場的運行調度問題，減輕了風機系統的計算負擔與通信負擔，在保證風電場安全運行的前提下使風電場的輸出可以達到最大的效益。

技術領域

本發明涉及一種多目標運行調度方法，具體涉及一種海上浮式風電場多目標運行調度方法，屬于海上浮式風電場優化運行領域。

背景技術

隨著經濟社會的進步和發展，人們對能源的需求越來越多，在陸地資源短缺和環境問題日益嚴重的背景下，逐漸把發展焦點轉向了資源豐富的遼闊海域。海上風能因技術成熟、可靠和資源豐富等優點受到人們的廣泛關注，發展海上風能是必然趨勢。隨著海洋深度的增加，其潛在的風能資源總量也逐漸變大，但在水深超過50米的區域內安裝固定式風力機耗費成本極大，所以建造浮式風力機成為海上風電發展的趨勢。但是，目前海上浮式風電場通常使用單臺風機的控制方式，導致整個風電場不是以最佳方式運行。由于海上風電工況惡劣，相比于陸上風機，浮式風機會遇到風、浪、流的耦合作用，所受載荷比較復雜，另外，因尾流效應，風力機組間存在氣動耦合。這些因素會造成風電場出力減少，產生機組疲勞。因此，有必要考慮風、浪和尾流效應的影響，預測海上風力發電機出力，并基于預測結果開發一種高效的海上浮式風電場控制策略來協調大規模風電場的機組運行，合理分配風電機組的調度計劃。

海上浮式風電場的控制總目標為控制風機群輸出的總功率最大，風機疲勞載荷最小、改變風力機槳矩、槳矩角及偏航角等控制命令最小。風機的功率輸出受到輸入風速、發電機轉速、槳距角和偏航角多種因素的影響，疲勞載荷受到發電機轉矩和槳距角的影響。目前已研究出一些方法來改進海上風電場運行的控制策略。利用有限的數據，探討了用貝葉斯遞增算法求解風電機組最優協調控制動作的可行性；使用多個估計梯度構建了基于群體博弈的分布式風電場控制模型；提出了一種以最小化尾流效應造成的功率損失為目標的預測控制。

然而，上述控制方案大多是基于解析風電場模型或大渦模擬研究而設計的，在模擬高維的湍流風場時計算量大，計算耗時長，難以滿足實時控制與實時調度的要求。同時優化方法通常也是基于成本函數的估計梯度，可能導致局部次優解。

發明內容

本發明的目的是為了提高風電場的功率輸出而提供了一種海上浮式風電場多目標運行調度方法。

本發明的目的是這樣實現的：

一種海上浮式風電場多目標運行調度方法，包括如下步驟:

步驟1，設定一個至少包含兩個風機的海上浮式風電場，海上浮式風電場的單臺風機模型相互獨立，約束獨立；

步驟2，建立基于CNN-LSTM的海上浮式風電場預測模型；風機附加考慮了浪、尾流效應和塔架的影響，風和浪的推力作用會使塔架偏移，造成作用到葉片上的有效風速發生變化；同時，尾流效應會顯著影響下風向機組輸入風速，風機預測模型的所有狀態變量包括轉子角速度、縱向和橫向風速、壓力、盤基推力系數、偏航角、發電機角速度、葉尖速比、槳距角、發電機轉矩，控制變量包括發電機轉矩、槳距角、偏航角，輸出量包括風速、發電機轉速和發電機功率；

步驟3，基于預測模型輸出的預測步長內的風機預測功率，設定目標函數；目標函數的設定方法是：將整個海上浮式風電場設定為一盒綜合實時優化對象，基于整個風電場拓撲確定控制信號，目標函數為所有風機的目標函數之和：

式中，q4n為第n臺風機的權重，

以第n臺風機模型為例，k時刻第n臺風機的目標由三部分組成，