[发明专利]一种基于分布式控制的多风场功率输出调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电场输出功率调节的控制方法，尤其涉及一种能合理供电并且友好并网的风力发电场输出功率调节的分布式控制方法。

背景技术

随着全球能源消耗逐年增长，这一形式再一次提醒我们需要依靠更多的可再生能源，而不是有限的化石能源。为避免遭遇巨大的能源危机，耗尽这些有限的自然资源，可再生能源的开发成了一个极为关键性的因素。风能作为一种较为广泛的可再生能源，正逐渐备受人们的关注。然而，现实中却还存在大量的问题阻止了风能的广泛使用。

风在时间和空间上都是高度变化的，因为风的不可预测性和间歇性，使得将风能成功的并入电网成为了一个具有挑战性的问题。同时由于风能的获取与自然的力量直接相关，就一定程度而言，它是不满足人们对能源的相对稳定性需求。

针对一个单一的风电场而言，在局部区域内，风场内的风力涡轮机可能会接收到不同数量的风。与此同时，在周边的风电场可能正经历一种完全不同的不同程度的风模式。

现有技术中并没有一种基于实际负荷需求与多风电场输出功率之间的有效的协调控制方法。即现有技术中还无法调节多个风电场的输出功率以满足实际的负荷需求，进而也无法满足人们对电力系统的相对稳定性需求，不能更有效地提高风电输出电能质量，将可再生能源友好的并网。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种基于分布式控制的多风场功率输出调节方法。该方法根据实际负荷需求合理调整多风电场功率输出，同时保证输出功率的稳定性，提高了风电输出电能质量，进而可实现将可再生能源更加友好的并入电网。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种基于分布式控制的多风场功率输出调节方法，该方法包括如下步骤：

1)建立风力涡轮机输出功率的数学模型，得出桨距角β与输出功率之间的二次函数关系；

2)建立单个风电场中所有风机之间的网络连通图，每台风机用一个节点表示，整个风场含有一个锚风机，用锚节点代替；

3)单个风电场中采用分布式Leader-Follower控制算法：

x_i(k+1)＝Ax_i(k)+Bu_i(k)，i＝1…N，其中，x_i∈iⁿ为第i个节点的状态变量，u_i∈i^m为第i个节点的控制输入；锚风机的桨距角β作为Leader根据负载实际需求而设定,其他风机的桨距角β_i作为Followers经过多次迭代最终一致收敛于Leader；该算法可使风场中的除锚风机以外所有风机的桨距角收敛于锚风机桨距角；

4)多个风电场的控制采用一种集中化控制算法：

4.1)计算所有风场全部风机在理想环境下的输出总功率及相应的各最佳桨距角β₀；

4.2)计算输出总功率P_output与所需功率P_need之间的差值e，e＝P_output-P_need；

4.3)若e>0，中央服务器按照所需功率计算出每个风电场新的桨距角值，并将其值传递到各个风电场的锚风机，锚风机得到新的桨距角通过风场内的本地网络和分布式的Leader-Follower控制算法将值传递到风电场内余下的各个风机；

若e<0，则将最佳桨距角β₀传递到各个风电场的锚风机，再通过网络传递至风电场内的其他风机，以此来控制多个风电场的总功率输出。

本发明的有益效果是：本发明是基于实际负荷需求与多风电场输出功率之间的分布式运行控制，该方法能够更有效的调节风电场的输出功率，保证输出功率的稳定性，一定程度上满足了人们对能源的相对稳定性的要求，提高风电输出电能质量，减少了对电网的冲击，进而可实现将可再生能源更加友好的并入电网。

附图说明

图1为一种基于分布式控制的多风场功率输出调节方法的整体方案图；

图2为单个风场中风机的网络拓扑结构图；

图3为测试的三个风场在一个试验周期(24小时)内的实际风速变化曲线；

图4为满足实际负荷需求的风场中风机桨距角变化曲线；

图5为测试区域实际电力负荷需求曲线；

图6为采用本发明后的输出供应曲线和负荷需求曲线。

具体实施方式