[發明專利]一種提高風電場慣量儲備水平的有功功率控制方法

有效

• 申請號: 202210031913.4
• 申請日: 2022-01-12
• 公開（公告）號: CN114336665B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 桑順;朱悅;薛曉岑;黃杰杰;張雷
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/24;G06N3/126
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王毅

1.一種提高風電場慣量儲備水平的有功功率控制方法，其特征在于，包含以下步驟：

(1)上級調度站向風電場有功控制模塊發送調度指令；

(2)風電場有功控制模塊跟蹤上級調度所發調度指令；

(3)經過慣量儲備最大化的優化計算生成控制指令；

(4)通過功率分配模塊將控制指令下發至場內各個風電機組；

步驟(3)中所述慣量儲備最大化的優化計算中，包含以下步驟：

S1：根據電網下發至風電場的有功功率參考值P_WF·ref，建立風電場n個風電機組有功功率參考值P_1·ref、P_2·ref、…、P_n·ref與調度指令偏差的目標函數f₁：

公式(1)中，P_1·ref、P_2·ref、…、P_n·ref分別為風電機組1、2、…、n的有功功率參考值；

S2：根據各風電機組慣量響應退出點對應轉速ω_1·min、ω_2·min、…、ω_n·min，建立慣量控制后風電場各風電機組轉速ω₁、ω₂、…、ω_n的慣量儲備目標函數f₂：

公式(2)中，J為風電機組的發電機與風輪歸算至轉子側的總轉動慣量，ω_1·min、ω_2·min、…、ω_n·min分別為風電機組1、2、…、n的慣量響應退出點對應轉速，ω₁、ω₂、…、ω_n分別為風電機組1、2、…、n在慣量控制后的實際轉速；

S3：綜合S1和S2所建立的目標函數，建立風電場有功功率控制多目標優化數學模型：

公式(3)中，α和β分別為兩個目標函數f₁、f₂的權重；

S4：建立的風電場有功功率控制多目標優化數學模型，其約束條件為：

P_i·min≤P_i·ref≤P_i·max (4)

ω_i·min≤ω_i·ref≤ω_i·max (6)

公式(4)中，P_i·min和P_i·max分別為機組i的有功功率下限及有功功率上限；

公式(6)中，ω_i·min為第i臺風電機組的慣量響應退出點對應轉速，ω_i·ref為第i臺風電機組的參考轉速，ω_i·max為第i臺風電機組的最高轉速；

S5：利用遺傳算法對上述多目標優化問題求解，尋找風電場中n臺風電機組的一組有功功率參考值P_1·ref、P_2·ref、...、P_n·ref指令，使得多目標函數最小化；

步驟S2中，所述各風電機組慣量響應退出點對應轉速如下步驟計算：

S21：對于任意一臺風電機組i，考慮風輪功率變化與旋轉動能釋放功率之間的關系，計算機組i釋放旋轉動能增加的輸出功率、轉速變化引起的風功率變化量，令兩者之和為零，即：

公式(7)中，J_i為機組i的發電機與風輪歸算至轉子側的總轉動慣量，ω_i為風電機組i轉子轉速，P_i-wind為機組i風輪的旋轉動能，C_p(λ,β)為風能利用系數，λ為葉尖速度比，β為槳距角；

S22：對式(7)解方程，求出使機組i釋放旋轉動能增加的輸出功率、轉速變化引起的風功率變化量之和為零的轉速ω_exit；

S23：當步驟S22中求出的轉速ω_exit大于等于機組切出轉速ω_cutoff時，即ω_exit≥ω_cutoff，風電機組i的慣量響應退出點對應轉速ω_i·min為ω_exit；當步驟S22中求出的轉速ω_exit小于機組切出轉速ω_cutoff時，即ω_exit＜ω_cutoff，風電機組i的慣量響應退出點對應轉速ω_i·min為ω_cutoff。

2.根據權利要求1所述的一種提高風電場慣量儲備水平的有功功率控制方法，其特征在于，所述步驟S5利用遺傳算法對多目標優化問題的求解過程為：

S51：在約束條件范圍內隨機生成n個個體，每個個體均由一串二進制代碼進行編碼，代表初代有功指令種群；

S52：計算初代有功指令下目標函數的值，以此作為種群的適應度函數；

S53：根據初代計算所得的適應度，進行遺傳算法中的選擇、交叉和變異操作，衍生出新一代的個體，即新一代有功指令矩陣；

S54：循環利用適應度函數評估每一代個體的適應度，直到得到一組適應度最強的個體作為多目標優化問題的最優解。