[發(fā)明專利]一種風(fēng)電場聯(lián)合控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210567441.4
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN115059576A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉寧;王傳鑫;曹利蒲;李丹陽;崔源;李海宏;王亮亮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京華能新銳控制技術(shù)有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00;F03D7/02;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 蘇州國誠專利代理有限公司 32293
• 代理人: 韓鳳

本發(fā)明提供了一種風(fēng)電場聯(lián)合控制方法，可以有效減小模型不確定性帶來的影響，增強(qiáng)風(fēng)場整體的發(fā)電功率并減小風(fēng)機(jī)疲勞、提升壽命。采用深度Q?Network聯(lián)合控制風(fēng)電場中所有風(fēng)機(jī)的變槳和偏航，其所涉及的風(fēng)場控制器包括有三個(gè)模塊，具體為環(huán)境、自動編碼器和兩個(gè)強(qiáng)化學(xué)習(xí)代理；其中環(huán)境包括風(fēng)電場中的風(fēng)機(jī)和指揮中心，環(huán)境中的控制變量為葉片變槳和偏航角，來自風(fēng)電場的感官輸入包括自由流風(fēng)速和方向；每個(gè)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的合成風(fēng)速、轉(zhuǎn)子角速度和功率；之前的全局狀態(tài)S_t+1和全局獎(jiǎng)勵(lì)r_t+1從指揮中心獲取，全局狀態(tài)向量將通過自動編碼器傳遞；自動編碼器自動將全局狀態(tài)S_t編碼為數(shù)量減少的特征，自動編碼器有一個(gè)輸入層、若干隱藏層、一個(gè)中心層和一個(gè)輸出層組成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力風(fēng)電場控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種風(fēng)電場聯(lián)合控制方法。

背景技術(shù)

風(fēng)能是一種快速增長的可再生能源。其可持續(xù)發(fā)展特性使得風(fēng)力發(fā)電具有較大潛力，但發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性在與傳統(tǒng)電力來源的競爭中仍然十分重要。因此，有必要最大限度地提高風(fēng)機(jī)的電能產(chǎn)量。此外，由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子面臨的壓力水平變化加劇，使得風(fēng)機(jī)的功率增加導(dǎo)致更高的機(jī)械應(yīng)力和疲勞載荷，對于大型風(fēng)機(jī)尤其如此。由于疲勞增加會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)壽命縮短，因此在風(fēng)機(jī)使用壽命內(nèi)對電能生產(chǎn)的任何優(yōu)化都應(yīng)旨在最大限度地減少所承受的疲勞。

風(fēng)機(jī)通常是風(fēng)場的一部分，獨(dú)立風(fēng)機(jī)并不常見。風(fēng)場級優(yōu)化涉及到建模尾流效應(yīng)引起的風(fēng)機(jī)之間的聯(lián)合相互作用。尾流是上游風(fēng)機(jī)投射到下游風(fēng)機(jī)上的空氣動力學(xué)陰影。尾流是有害的，因?yàn)樗鼈兘档土孙L(fēng)中的能量，增加了風(fēng)的周期性，從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)疲勞。尾流效應(yīng)可以持續(xù)到下游轉(zhuǎn)子葉片直徑的15倍。據(jù)報(bào)道，尾流導(dǎo)致海上風(fēng)電場發(fā)電量損失12％。雖然風(fēng)電場中風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)階段布置旨在將此類尾流影響降至最低，但它們?nèi)阅艹掷m(xù)運(yùn)行。因此，除了發(fā)電和疲勞之間的單個(gè)風(fēng)機(jī)級權(quán)衡外，風(fēng)場級優(yōu)化還需要處理上游風(fēng)機(jī)功率和下游風(fēng)機(jī)疲勞之間的權(quán)衡。

現(xiàn)有技術(shù)中，風(fēng)機(jī)是單獨(dú)控制的，每個(gè)風(fēng)機(jī)都試圖通過比例-積分-微分(PID)控制器最大化其發(fā)電量。抽象地說，在每個(gè)控制時(shí)間步長t，風(fēng)機(jī)i的PID控制器使用風(fēng)信息和先前的系統(tǒng)狀態(tài)(轉(zhuǎn)子速度)來調(diào)整風(fēng)機(jī)的控制設(shè)置，以最大限度地提高相對于參考功率曲線的發(fā)電量。雖然單個(gè)PID控制器通過測量的尾流效應(yīng)對相鄰風(fēng)機(jī)的存在進(jìn)行反應(yīng)性檢測和反應(yīng)，但在風(fēng)場級別對風(fēng)機(jī)進(jìn)行主動聯(lián)合控制可以在能源和健康方面提供更好的性能。由于任何單個(gè)控制器的決策都可以作為聯(lián)合控制器決策的特例來實(shí)現(xiàn)，因此聯(lián)合控制具有更好的性能。因此，如何在風(fēng)場層面上聯(lián)合控制所有風(fēng)機(jī)的變槳和偏航，以優(yōu)化電能和疲勞，同時(shí)捕獲跨風(fēng)機(jī)尾流相互作用，是需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種風(fēng)電場聯(lián)合控制方法，可以有效減小模型不確定性帶來的影響，增強(qiáng)風(fēng)場整體的發(fā)電功率并減小風(fēng)機(jī)疲勞、提升壽命。

一種風(fēng)電場聯(lián)合控制方法，其特征在于：采用深度Q-Network聯(lián)合控制風(fēng)電場中所有風(fēng)機(jī)的變槳和偏航，其所涉及的風(fēng)場控制器包括有三個(gè)模塊，具體為環(huán)境、自動編碼器和兩個(gè)強(qiáng)化學(xué)習(xí)代理；

其中環(huán)境包括風(fēng)電場中的風(fēng)機(jī)和指揮中心，環(huán)境中的控制變量為葉片變槳和偏航角，來自風(fēng)電場的感官輸入包括自由流風(fēng)速和方向；每個(gè)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的合成風(fēng)速、轉(zhuǎn)子角速度和功率；之前的全局狀態(tài)S_t+1和全局獎(jiǎng)勵(lì)r_t+1從指揮中心獲取，全局狀態(tài)向量將通過自動編碼器傳遞；

自動編碼器自動將全局狀態(tài)S_t編碼為數(shù)量減少的特征，自動編碼器有一個(gè)輸入層、若干隱藏層、一個(gè)中心層和一個(gè)輸出層組成；對于自動編碼器，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層和輸出層特性是相同的，中心層包含一些最小節(jié)點(diǎn)，用于表示壓縮狀態(tài)；中心層中的節(jié)點(diǎn)數(shù)表示有效壓縮和信息丟失之間的權(quán)衡；