[发明专利]一种风力发电高压直流输电方法及装置

权利要求书

1.一种风力发电高压直流输电装置，其特征在于，包括：

若干个风力发电机，各个所述风力发电机的输出端分别连接一个电机侧AC/DC变流器的输入端；

多个所述电机侧AC/DC变流器，各个所述电机侧AC/DC变流器的输出端串联，且串联电路第一端以及第二端分别通过相应的高压直流输电线路与电网侧DC/AC逆变器输入端连接；所述电机侧AC/DC变流器的输出端与充放电控制装置的输入端连接；所述电机侧AC/DC变流器的正负输出端间并联有第一电容；

所述充放电控制装置，所述充放电控制装置正极输出端与储能装置正极连接，所述充放电控制装置负极输出端与所述储能装置负极连接；所述充放电控制装置用于选择性地控制所述第一电容给所述储能装置充电或者控制所述储能装置给所述第一电容放电；

每个所述电机侧AC/DC变流器、每个所述充放电控制装置以及所述电网侧DC/AC逆变器的控制端分别连接一个局部控制器，所述局部控制器用于产生脉冲驱动信号控制所述电机侧AC/DC变流器、所述充放电控制装置以及所述电网侧DC/AC逆变器的输出；

中央控制器，所述中央控制器的输入端与各个所述局部控制器的输出端连接，所述中央控制器的输出端与所述电网侧DC/AC逆变器的局部控制器输入端连接，用于计算出未来n个时段所述电网侧DC/AC逆变器的有功功率给定值并发送给所述电网侧DC/AC逆变器的局部控制器进行控制；

所述电网侧DC/AC逆变器，所述电网侧DC/AC逆变器输出端与交流电网连接；所述电网侧DC/AC逆变器正负输入端间并联有第二电容；

所述局部控制器，具体用于：

当所述风力发电机产生的交流电输入电机侧AC/DC变流器时，所述局部控制器产生第一驱动脉冲信号控制所述电机侧AC/DC变流器将所述风力发电机产生的交流电转换为直流电并输出至第一电容；

判断所述第一电容的电压是否大于预设电压阈值；

若是，所述局部控制器产生相应的第二驱动脉冲信号发送给充放电控制装置控制所述第一电容给储能装置充电；否则，所述局部控制器产生相应的第二驱动脉冲信号发送给所述充放电控制装置控制所述储能装置给所述第一电容放电；

将所述高压直流输电线路中的直流电输入所述电网侧DC/AC逆变器，所述局部控制器产生第三驱动脉冲信号控制所述电网侧DC/AC逆变器将所述高压直流输电线路中的直流电转换为交流电并输入至交流电网；

所述局部控制器产生脉冲驱动信号的方法包括：

根据实测风速计算得到所述风力发电机的最佳转速给定值；

根据所述最佳转速给定值与所述风力发电机的转速实测值的偏差进行转速电流双闭环PI控制产生第一控制电压；对所述第一控制电压进行空间矢量脉宽调制得到第一脉冲驱动信号发送给所述电机侧AC/DC变流器进行控制；

根据所述第一电容电压的给定值与实测值的偏差进行单闭环PI控制产生第二控制电压，对所述第二控制电压进行脉冲宽度调制得到第二脉冲驱动信号发送给所述充放电控制装置进行控制；

根据所述电网侧DC/AC逆变器输入交流电网有功功率的给定值与所述电网侧DC/AC逆变器输入交流电网有功功率实测值的偏差进行单闭环PI控制产生第三控制电压；对所述第三控制电压进行空间矢量脉宽调制得到第三脉冲驱动信号发送给所述电网侧DC/AC逆变器进行控制；

所述电网侧DC/AC逆变器输入交流电网有功功率的给定值的获取方法包括：

根据整个装置中各个所述储能装置的当前剩余电量、未来n个时段的实时电价以及未来n个时段风速预测结果所对应的电机侧AC/DC变流器平均输出功率，计算出未来n个时段所述电网侧DC/AC逆变器的有功功率给定值；

所述根据整个装置中各个所述储能装置的当前剩余电量、未来n个时段的实时电价以及未来n个时段风速预测结果所对应的电机侧AC/DC变流器平均输出功率，计算出未来n个时段所述电网侧DC/AC逆变器的有功功率给定值的方法具体包括：

步骤S1：在所述充放电控制装置和所述电网侧DC/AC逆变器的功率额定范围内，随机初始化粒子群的速度和位置，作为各个粒子第一周期的速度和位置；所述粒子群由z个粒子组成，每个所述粒子在多维空间中的位置均表示为以下形式的向量：

x(k)＝[P(1,k),P(2,k),…,P(n,k)]^T，k＝1,2,…,z

P(i,k)为第k个所述粒子在第i时刻所述电网侧DC/AC逆变器的有功功率给定值；

步骤S2：计算各个所述粒子的初始化适应度值；所述适应度值等于未来n个时段风电场的总电费收益减去各个所述储能装置剩余电量在任一个时段超过允许范围所产生的罚函数；将各个所述粒子的第一周期的位置作为各个所述粒子的初始历史最佳位置，从第一周期的所述粒子群中挑选适应度最大的粒子并将其作为所述粒子群的初始全局历史最佳位置；

步骤S3：根据各个所述粒子上一周期的速度、所述上一周期各个所述粒子的位置与自身的历史最佳位置的距离、所述上一周期各个所述粒子的位置与当前全局历史最佳位置之间的距离计算得到各个所述粒子本周期的速度，根据所述上一周期各个所述粒子的位置与本周期的各个所述粒子的速度计算得到各个所述粒子本周期的位置，计算公式如下：

v_t+1(k)为所述粒子本周期的速度，v_t(k)为所述粒子上一周期的速度，x_t+1(k)为所述粒子本周期的位置，x_t(k)为所述粒子上一周期的位置，P_lb(k)为所述粒子上一周期的历史最佳位置，P_gb(k)为所述粒子群上一周期的全局历史最佳位置，c₁、c₂为常数，r₁和r₂为均匀随机分布rand；

步骤S4：对步骤S3得到的粒子进行校验，若所述充放电控制装置或者所述电网侧DC/AC逆变器的功率超过额定范围，则将其限定在额定值；

步骤S5：计算本周期各个所述粒子的适应度值，所述适应度值等于未来n个时段风电场的总电费收益减去各个所述储能装置剩余电量在任一个时段超过允许范围所产生的罚函数；将本周期各个所述粒子的适应度值与自身历史最佳位置的适应度值进行比较，选择适应度值较大的作为对应粒子的历史最佳位置；将本周期各个所述粒子的适应度值与全局历史最佳位置的适应度值比较，选择其中适应度值最大的位置作为所述全局历史最佳位置；

步骤S6：判断是否达到预设终止条件，若未到达所述预设终止条件，则返回步骤S3；若达到所述预设终止条件，则获得所述全局历史最佳位置如下：

p_gb＝[P(1),P(2),…,P(n)]^T

将获得的全局历史最佳位置中的P(1),P(2),…,P(n)作为所述未来n个时段所述电网侧DC/AC逆变器的有功功率给定值赋给所述电网侧DC/AC逆变器的局部控制器。