[發明專利]一種風電場快速有功功率優化方法及系統

在審

• 申請號: 202210018393.3
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114465287A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 柏管;黃晟;黃守道;沈非凡;廖武;黃凌翔
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/38;G06F17/15;G06F17/16
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

1.一種風電場快速有功功率優化方法，其特征在于，包括：

1)分別構建風機有功功率參考指令的增量分別與風力推力F_t、軸承扭力T_s疲勞載荷的增量空間狀態方程；

2)基于構建得到的增量空間狀態方程，建立各臺風機關于疲勞載荷的目標函數；

3)以風電場內N臺風機總的疲勞載荷為目標，設定有功調度指令和風機的發電約束條件，建立風電場快速有功功率優化模型；

4)對風電場快速有功功率優化模型基于等微增率準則求解得到目標函數的極小值的解，得到最優的風機有功功率參考指令的增量以控制風機有功功率輸出。

2.根據權利要求1所述的風電場快速有功功率優化方法，其特征在于，步驟1)包括：

1.1)分別構建風機有功功率參考指令的增量分別與風力推力F_t、軸承扭力T_s疲勞載荷的增量空間狀態方程；

1.2)分別確定風機有功功率參考指令的增量分別與風力推力F_t、軸承扭力T_s疲勞載荷的增量空間狀態方程的一階偏導式。

3.根據權利要求2所述的風電場快速有功功率優化方法，其特征在于，步驟1.1)包括：

1.1.1)構建風力推力F_t、軸承扭力T_s的增量模型如下式所示：

ΔF_t＝K_βFΔβ+K_ωFΔω_g， (2)

上式中，ΔT_s為軸承扭力T_s的增量，ΔF_t為風力推力F_t的增量，η_g為齒輪變速箱的傳動比系數，J_g為發電機慣量，K_ωT、K_βT分別為軸承扭力T_s在初始時刻t₀的一階泰勒展開的系數，K_βF和K_ωF分別為風力推力F_t在初始時刻t₀的一階泰勒展開的系數，J_t為等效慣量，J_r為葉輪轉子慣量，為發電機輸出功率在初始時刻t₀的值，μ_g為發電機效率，為濾波速度在初始時刻t₀的值，Δβ為槳距角的增量，Δω_g為發電機轉速的增量，Δω_f為發電機過濾高次諧波后轉速的增量，為風機有功功率參考指令的增量；

1.1.2)基于風力推力F_t、軸承扭力T_s的增量模型，建立工作點附近的連續狀態空間方程為：

上式中，x為狀態變量，狀態變量x的增量Δx＝[Δβ^ref,Δβ,Δω_g,Δω_f]，控制變量u的增量Δβ^ref為槳距角參考值的增量，A_Ι,B_Ι,E_Ι分別為連續狀態空間矩陣；

1.1.3)將工作點附近的連續狀態空間方程用采樣周期t_s離散化，得到離散狀態空間方程為：

x(k+1)＝A^dx(k)+B^dΔu+E^d， (4)

上式中，x(k+1)和x(k)分別為k+1和k時刻的狀態變量，A^d,B^d,E^d為離散狀態空間矩陣；

1.1.4)根據工作點附近的離散狀態空間方程，分別構建風機有功功率參考指令的增量分別與風力推力F_t、軸承扭力T_s疲勞載荷的增量空間狀態方程如下式所示：

上式中，ΔF_t為風力推力F_t的增量，ΔT_s為軸承扭力T_s的增量，Δx＝[ΔF_t,ΔT_s]為控制變量的增量，為待求解的風機有功功率參考指令的增量；分別為風力推力F_t和軸承扭力T_s的增量空間狀態方程的矩陣，且有：

上式中，η_g為齒輪變速箱的傳動比系數，J_g為發電機慣量，K_ωT、K_βT分別為軸承扭力T_s在初始時刻t₀的一階泰勒展開的系數，K_βF和K_ωF分別為風力推力F_t在初始時刻t₀的一階泰勒展開的系數，J_t為等效慣量，J_r為葉輪轉子慣量，為發電機輸出功率在初始時刻t₀的值；μ_g為發電機效率，為濾波速度在初始時刻t₀的值。