[发明专利]一种风电场闭环PI控制器参数整定方法及装置

说明书

本发明基于风电场有功功率闭环PI控制结构，针对该PI控制器，提出一种场站功率快速跟踪、稳定抑制扰动的PI控制器参数整定方法及装置。该方法对每一台机组进行分析，基于给定的输入信号以及相应的输出信号进行辨识，得到比较理想的单机模型，该单机模型基于迭代计算的近似策略来估计风场级有功功率动态模型，选择单个风力发电机系统(WTGS)单元作为风电场的等效模型；基于等效模型分离风电场不可建模扰动，并对扰动利用快速傅立叶变换，寻找扰动的截止频率；利用给定阻尼比和扰动的截止频率，确定PI控制器参数调试包含时变积分环节的自适应PI控制器，基于该调试后的PI控制器改进风电场的功率跟踪，提高风电场有功功率的动态响应和稳态输出。

技术领域

本发明设计属于风力发电系统领域，特别是涉及一种基于等值建模与扰动分析的风电场闭环PI控制器参数整定方法及装置。

背景技术

随着能源市场的不断的发展，越来越多的新能源得到重视，其中风能因其环境特性而迅速发展。随着风力发电技术的不断发展，对于风机以及风电场的控制也有了越来越高的要求。对风机的控制策略是在额定风速以下尽可能的从自然风中汲取能量，在额定风速以上稳定功率输出在额定功率点。对风电场的控制策略则是将风电场定义为单个风机与电网之间的中间层，风电场从电网调度中心接收功率需求，然后调度所有内部风机，分配其功率设定值，以满足电网功率需求。在过去的几年中，在风电控制领域已经有了许多控制策略，以改善风机负载条件并稳定功率输出。

目前已有的风电场有功功率控制策略大都是开环控制策略，基础的有功控制策略为，根据风电场预测的场级有功可发功率，向上级网调发送可发功率，上级网调在此基础上选择风场为自由发电模式或限电模式，限电模式下给出功率设定值，风场根据设定值与可发功率的比值，等比例的设置场内各机组的功率，实现跟踪目标，这一策略叫做等比分配(PD)。除此以外，处于对降低载荷或是降低跟踪误差的考虑，也有以预测控制为基础的风电场有功功率控制，来实现控制和优化的目标。此外，一些研究从单一的分配控制策略进一步考虑多个风机特性参数来进行风电场的有功功率控制，例如频率、负荷以及跟踪误差等。不同的策略因其考虑的问题和实现形式的不一样，具有不同的结构，但是复杂的技术在现场应用中难以落地实现，现场使用的等比策略有太过简单，在一些复杂情况下并不能得到比较好的控制效果，有待进行改进。

从控制角度来看，现有的风电场控制策略仍有一些领域需要进一步完善。例如在工业领域，风电场功率设定值通常低于其可用功率，这意味着风电场始终拥有提高风电场功率输出和响应的预留容量。在近年的研究中，已有风电场功率闭环控制测量相关的研究开展，通过实时测量风电场输出功率，并与功率设定值作比较，并通过差值反馈与控制，实现对风电场功率跟踪能力的改进。

本发明针对风电场级有功功率闭环控制系统，提出一种PI控制器的参数整定方法及装置，通过针对每台风电机组的功率跟踪特性分析，获得每一台机组的功率跟踪模型，进而以递推计算的方式得到风电场功率跟踪的等值模型，实现对风电场在功率跟踪层面的等值建模；在此基础上，分离不可建模扰动，并针对扰动分析其时频特性。在以上分析的基础上，提出一种PI控制器的整定方法，提高风电场有功功率的动态响应和稳态输出，本发明可以有效的实现风电场的有功功率控制。

发明内容

本发明提出了一种风电场闭环PI控制器参数整定方法及装置，基于时域递归的思想计算出风电场功率跟踪等值模型，并提出基于扰动特性分析的PI控制器参数整定方法，通过设定值的偏差对控制器进行自适应改进。该发明弥补了传统风电场控制策略的不足，以提高风电场有功功率的动态响应和稳态输出。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

(1)一种风电场闭环PI控制器参数整定方法,包括以下步骤：

获取风电场内单台风电机组的单机特性模型；

获取风电场内每一台风电机组的单机特性模型，通过对风电场内风电机组的单机特性模型基于迭代计算的近似策略来获取风电场的有功动态等效模型；