[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

本發明公開了一種風電場快速有功功率優化方法及系統，本發明方法包括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；基于構建得到的增量空間狀態方程建立風電場快速有功功率優化的目標函數；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。本發明將風機的增量空間方程構建風機疲勞載荷的成本函數，并采用等微增率準則求解優化目標函數，能夠簡化目標函數的求解復雜度，降低了風電場快速有功功率優化的計算負擔、提升了風電場快速有功功率優化的求解效率。

技術領域

本發明涉及風電場有功功率控制技術，具體涉及一種風電場快速有功功率優化方法及系統。

背景技術

風能是快速增長的可再生能源之一。由于天然的地理環境的因素，未來海上風電場的裝機規模和裝機容量上都將急劇增長。風電場內部風速分布與波動更加復雜多變，導致風電機組載荷激增和疲勞載荷迅速增加，嚴重時引發風機齒輪箱損壞、葉片開裂、塔架崩塌等事故：風機受到湍流和外部隨機載荷的共同作用，動力學行為體現出極強的高階非線性；且發電機組間的耦合程度呈幾何數量增長，大規模風電機組群模型具有超高階特點。傳統小型風電場集中式通過風電機組群的高階數學模型來優化有功功率控制方式計算緩慢，難以滿足大規模風電機組群載荷快速控制的要求。面向未來超大規模風電機組群，風機的疲勞載荷快速精準控制是未來風電場有功優化控制的一種技術發展方向。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種風電場快速有功功率優化方法及系統，本發明將等微增率準則運用于風電場有功功率優化控制問題，首先將風機的增量空間方程構建風機疲勞載荷的成本函數，簡化優化目標函數的復雜度，降低中央控制器的計算負擔提升求解效率，并采用等微增率準則求解優化目標函數。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種風電場快速有功功率優化方法，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。

可選地，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。

可選地，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)