[发明专利]一种风电场快速有功功率优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种风电场快速有功功率优化方法及系统，本发明方法包括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；基于构建得到的增量空间状态方程建立风电场快速有功功率优化的目标函数；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。本发明将风机的增量空间方程构建风机疲劳载荷的成本函数，并采用等微增率准则求解优化目标函数，能够简化目标函数的求解复杂度，降低了风电场快速有功功率优化的计算负担、提升了风电场快速有功功率优化的求解效率。

技术领域

本发明涉及风电场有功功率控制技术，具体涉及一种风电场快速有功功率优化方法及系统。

背景技术

风能是快速增长的可再生能源之一。由于天然的地理环境的因素，未来海上风电场的装机规模和装机容量上都将急剧增长。风电场内部风速分布与波动更加复杂多变，导致风电机组载荷激增和疲劳载荷迅速增加，严重时引发风机齿轮箱损坏、叶片开裂、塔架崩塌等事故：风机受到湍流和外部随机载荷的共同作用，动力学行为体现出极强的高阶非线性；且发电机组间的耦合程度呈几何数量增长，大规模风电机组群模型具有超高阶特点。传统小型风电场集中式通过风电机组群的高阶数学模型来优化有功功率控制方式计算缓慢，难以满足大规模风电机组群载荷快速控制的要求。面向未来超大规模风电机组群，风机的疲劳载荷快速精准控制是未来风电场有功优化控制的一种技术发展方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种风电场快速有功功率优化方法及系统，本发明将等微增率准则运用于风电场有功功率优化控制问题，首先将风机的增量空间方程构建风机疲劳载荷的成本函数，简化优化目标函数的复杂度，降低中央控制器的计算负担提升求解效率，并采用等微增率准则求解优化目标函数。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种风电场快速有功功率优化方法，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。

可选地，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。

可选地，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)