[发明专利]一种分布式风电场功率优化方法及装置

说明书

本发明公开了一种分布式风电场功率优化方法及装置，其方法包括：构建风电场中风机的尾流风机功率模型：根据所述尾流风机功率模型构建所述风电场的风向无向图和尾流有向图的网络拓扑结构；计算所述风电场中风机相互之间的尾流权重，采用图论的最近邻算法进行聚类分析，将所述风电场划分为多组聚类子风电场；利用交替乘子方向法建立分布式风电场功率模型，求解功率最优值。本发明根据风机的偏航角对风机尾流的影响行为，构建尾流风机功率模型，最小化风机的尾流相互作用，利用分布式算法实现风电场功率优化控制，建立的分布式功率优化框架可以降低计算复杂度且提升风电场发电总功率。

【技术领域】

本发明涉及大型风电场输出功率控制优化技术领域，具体地说，是一种考虑风机偏航尾流效应的分布式风电场功率优化方法及装置。

【背景技术】

随着风力发电技术的不断进步,风力发电机组的单机容量在不断增大,在一个较大型的风电场内,会安装尽可能多的风力发电机组,从而获得尽量多的发电量，随着风电场规模的扩大和相关模型变得越来越复杂，需要高效计算的算法来执行实时优化和控制。与此同时，风电场功率模型的建模和控制必须考虑风机之间的尾流相互作用，优化偏航角、横截因子等控制参数增加风电场总功率。因此，如何分析和掌握尾流效应的空间变化规律，建立符合风机尾流效应的风电场功率优化模型成为迫切要求解决的问题。针对风电场特殊的尾流特性，风机通过尾流效应相互连接的结构，使其适合作为分布式系统控制框架的应用对象。为此，亟待解决的是如何通过分布式优化框架和具有计算效率的尾流转向风电场控制策略，优化风机的偏航角对风机尾流的影响行为，并最小化风机的尾流相互作用，提升风电场发电量。

目前，在建立风电场功率优化模型时，大多数只考虑了横截因子、俯仰角的尾流效应模型，由于未考虑到偏航角的影响，优化效果不能满足高效率的要求；在建立风电场功率优化控制模型时，只涉及到集中式风电场功率控制模型，计算过程复杂。

【发明内容】

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种分布式风电场功率优化方法及装置，根据风机的偏航角对风机尾流的影响行为，构建尾流风机功率模型，最小化风机的尾流相互作用，并进一步采用网络拓扑结构构建分布式优化框架，基于偏航尾流效应构建聚类子风电场的功率模型，采用有限差分梯度序列二次规划法求解功率最优值，实现风电场功率优化控制。

为实现上述目的，第一方面，本发明采取的技术方案是：一种分布式风电场功率优化方法，包括：

构建风电场中风机的尾流风机功率模型：

根据所述尾流风机功率模型构建所述风电场的风向无向图和尾流有向图的网络拓扑结构,其中所述风电场中的风机构成所述网络拓扑结构的节点,所述风电场中相邻风机之间的尾流强度权重构成所述网络拓扑结构的边，所述节点连线上的数值表示尾流强度；

计算所述风电场中风机相互之间的尾流权重，采用图论的最近邻算法进行聚类分析，将所述风电场划分为多组聚类子风电场；

基于分组的所述聚类子风电场，利用交替乘子方向法建立分布式风电场功率模型，求解功率最优值。

优选的，所述构建风电场中风机的尾流风机功率模型的步骤包括：

计算风电场的风向，并确定风电场中的风机位置坐标；

根据所述风机位置坐标计算所述风电场中上风风机在其每一个下风风机处的尾流中心线角度以及尾流偏转中心位置；

基于所述尾流偏转中心位置构建风电场中风机的尾流风机功率模型。

优选的，所述计算风电场的风向，并确定风电场中的风机位置坐标的步骤包括：

以所述风电场中的风机为原点建立笛卡尔坐标系，其中，所述笛卡尔坐标系中的x轴为流入风电场的顺风方向，y轴为横风方向，所述y轴在水平方向上与所述x轴正交，z轴为风机中心高度；