[發明專利]考慮動態尾流的風電場有功功率離線預測控制器設計方法

有效

• 申請號: 202110271257.0
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN112883652B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 魏善碧;王昱;余笑;王輝陽;肖勇;吳睿
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G06N3/00;G06F113/06;G06F119/06
• 代理公司: 濟南鼎信專利商標代理事務所(普通合伙) 37245
• 代理人: 賈國浩

1.考慮動態尾流的風電場有功功率離線預測控制器設計方法，其特征在于,包括步驟：

S1、基于偏航角、軸向推力系數對尾流方向和強度的影響，考慮時間變量建立風電場全場動態尾流模型；

風電場全場動態尾流模型的建立包括步驟：

S11、構建考慮偏航角和軸向推力系數的靜態尾流模型；

具體的，基于Jensen模型，當上風向風機i的輸入風速為v_i和輸入風向為β時，定義尾流速度虧損因子g_ij，則相鄰下風向風機j的輸入風速v_j為：

式中，r_i分別為上風向風機i的軸向推力系數和風輪半徑；分別為上風向風機i與處在其尾流區域內下風向風機j之間的徑向距離和軸向距離，計算公式如下：

式中，θ_i是上風向風機i的偏航角；L_ij、β_ij分別為上風向風機i與處在其尾流區域內下風向風機j之間的距離和夾角；

S12、構建考慮時間變量的動態尾流模型；

具體的，風機i的尾流到下風向風機j的流動時間可表示為：

風機j在t時刻的輸入風速為：

v_j(t)＝v_i(t-τ_i→j)[1-g_ij(t-τ_i→j)]；

式中，計算公式如下：

S13、構建考慮尾流疊加的全場動態尾流模型；

具體的，當風電場輸入風速為v₀和輸入風向為β時，風機j的輸入風速v_j為：

式中，τ_v0→j是風電場輸入風速到風機j所需要的時間；假設風機i是對風機j的產生影響的上風向風機，則自由風流到風機j所需要的時間為：

此時，風機j可捕獲的功率為：

風電場全場可捕獲功率為各臺風機可捕獲功率之和，可表示為：

式中，n代表風電場風機數量；

S2、基于風電場全場動態尾流模型，通過狀態方程建立風電場有功功率預測模型；

S3、基于風電場全場動態尾流模型，構建風電場有功功率優化模型；

S4、采用PSO算法進行風電場有功功率優化求解；

S5、通過CNN-GRNN混合網絡建立風電場系統狀態與偏航角優化值、軸向推力系數優化值之間的映射關系；

S6、構建風電場有功功率離線預測控制器；

所述風電場有功功率離線預測控制器包括離線計算和在線計算；

離線計算時，在不同輸入風速和輸入風向下，通過基于PSO的功率優化求解，可以離線得到相應的控制律；

在線計算時，只需要通過反饋控制確定當前系統狀態，繼而用已建立的CNN-GRNN網絡計算出當前系統狀態下相應的控制律，就能得到相應的控制信號。

2.根據權利要求1所述的考慮動態尾流的風電場有功功率離線預測控制器設計方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括步驟：

S21、建立系統連續狀態方程：

其中，Δt表示單位時間間隔，為p(t)的導數，

S22、建立預測模型；

具體的，首先定義系統變量，如下：

其中，x(k+1|k)表示當前時刻k的系統狀態變量x(k)在未來k+1時刻的預測值；p_rate代表風機的額定功率；θ(k)和C_T(k)分別表示各個風機在k時刻的偏航角和軸向推力系數的集合；

Δt取1時，x(k+1|k)可以進一步表示為：

在預測步長m內的輸出預測為：

X(k)＝[x(k+1|k),…,x(k+i|k),…,x(k+m|k)]；

其中，x(k+j|k)表示當前時刻k的系統狀態變量x(k)在未來時刻k+i的預測值，其計算公式如下：

3.根據權利要求1所述的考慮動態尾流的風電場有功功率離線預測控制器設計方法，其特征在于，所述步驟S3中的優化模型為：