[发明专利]一种风电场快速有功功率优化方法及系统

权利要求书

1.一种风电场快速有功功率优化方法，其特征在于，包括：

1)分别构建风机有功功率参考指令的增量分别与风力推力F_t、轴承扭力T_s疲劳载荷的增量空间状态方程；

2)基于构建得到的增量空间状态方程，建立各台风机关于疲劳载荷的目标函数；

3)以风电场内N台风机总的疲劳载荷为目标，设定有功调度指令和风机的发电约束条件，建立风电场快速有功功率优化模型；

4)对风电场快速有功功率优化模型基于等微增率准则求解得到目标函数的极小值的解，得到最优的风机有功功率参考指令的增量以控制风机有功功率输出。

2.根据权利要求1所述的风电场快速有功功率优化方法，其特征在于，步骤1)包括：

1.1)分别构建风机有功功率参考指令的增量分别与风力推力F_t、轴承扭力T_s疲劳载荷的增量空间状态方程；

1.2)分别确定风机有功功率参考指令的增量分别与风力推力F_t、轴承扭力T_s疲劳载荷的增量空间状态方程的一阶偏导式。

3.根据权利要求2所述的风电场快速有功功率优化方法，其特征在于，步骤1.1)包括：

1.1.1)构建风力推力F_t、轴承扭力T_s的增量模型如下式所示：

ΔF_t＝K_βFΔβ+K_ωFΔω_g， (2)

上式中，ΔT_s为轴承扭力T_s的增量，ΔF_t为风力推力F_t的增量，η_g为齿轮变速箱的传动比系数，J_g为发电机惯量，K_ωT、K_βT分别为轴承扭力T_s在初始时刻t₀的一阶泰勒展开的系数，K_βF和K_ωF分别为风力推力F_t在初始时刻t₀的一阶泰勒展开的系数，J_t为等效惯量，J_r为叶轮转子惯量，为发电机输出功率在初始时刻t₀的值，μ_g为发电机效率，为滤波速度在初始时刻t₀的值，Δβ为桨距角的增量，Δω_g为发电机转速的增量，Δω_f为发电机过滤高次谐波后转速的增量，为风机有功功率参考指令的增量；

1.1.2)基于风力推力F_t、轴承扭力T_s的增量模型，建立工作点附近的连续状态空间方程为：

上式中，x为状态变量，状态变量x的增量Δx＝[Δβ^ref,Δβ,Δω_g,Δω_f]，控制变量u的增量Δβ^ref为桨距角参考值的增量，A_Ι,B_Ι,E_Ι分别为连续状态空间矩阵；

1.1.3)将工作点附近的连续状态空间方程用采样周期t_s离散化，得到离散状态空间方程为：

x(k+1)＝A^dx(k)+B^dΔu+E^d， (4)

上式中，x(k+1)和x(k)分别为k+1和k时刻的状态变量，A^d,B^d,E^d为离散状态空间矩阵；

1.1.4)根据工作点附近的离散状态空间方程，分别构建风机有功功率参考指令的增量分别与风力推力F_t、轴承扭力T_s疲劳载荷的增量空间状态方程如下式所示：

上式中，ΔF_t为风力推力F_t的增量，ΔT_s为轴承扭力T_s的增量，Δx＝[ΔF_t,ΔT_s]为控制变量的增量，为待求解的风机有功功率参考指令的增量；分别为风力推力F_t和轴承扭力T_s的增量空间状态方程的矩阵，且有：

上式中，η_g为齿轮变速箱的传动比系数，J_g为发电机惯量，K_ωT、K_βT分别为轴承扭力T_s在初始时刻t₀的一阶泰勒展开的系数，K_βF和K_ωF分别为风力推力F_t在初始时刻t₀的一阶泰勒展开的系数，J_t为等效惯量，J_r为叶轮转子惯量，为发电机输出功率在初始时刻t₀的值；μ_g为发电机效率，为滤波速度在初始时刻t₀的值。