[发明专利]一种基于模型预测控制的风电场有功功率控制方法

说明书

本发明公开了一种基于模型预测控制的风电场有功功率控制方法，根据风电机组所处风速将风电机组进行分类，并采用等值建模方法建立每类机组的局部线性化状态空间模型并基于此设计模型预测控制器，考虑不同类机组的动态响应特性，按一定的优先级将电网调度值分配给每类机组，每类机组所得到的有功参考值再由模型预测控制器进行修定，修定值按比例分配给该类中所有机组。本发明以风电场有功功率控制为目标，考虑机组间的运行差异，并基于模型预测控制，使之能快速跟踪电网调度值。

技术领域

本发明属于风电场有功功率控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于模型预测控制的风电场有功功率控制方法。

背景技术

风力发电作为最主要的可再生能源利用形式，得到了快速的发展。传统的风电场控制方式是一种自治的有功功率控制方式，允许风电场内各台风机自行根据风能的变化尽可能的发电。随着风电渗透水平逐渐增高，这种因风能的不确定性引起的风电场有功功率的波动性给电网的安全运行带来了巨大挑战。风电场实现可控运行将逐渐成为大型风电场并网运行的发展趋势，风电场可控运行的关键技术是风电场的有功功率控制。

风电场有功功率控制即风电场可以尽己所能跟踪电网调度值。为了使风电场有功输出波动性得到平抑，常用的方法是使用大型储能设备，然而这种方法的设备成本、技术成本和维护成本较高。另一种较经济的方法是风电机组的协同控制的方法。这种方法利用风电场的集合效应，通过风电场层的控制单元给每台风机分配功率参考值，把每台风电机组看作一个执行器，每台机组的有功输出之和则为风电场总有功功率。

国内外学者对风机的有功功率协同控制方法展开了一系列探讨，最常用的是根据电网调度值与公共链接点测量得到的风电场有功输出之间的偏差，采取比例-积分控制方式，然后使用比例分配方式将有功参考值分配给各台机组。由于风电场是一个多变量强耦合，又含约束的系统，非常适合用模型预测控制方法进行控制。近来有学者提出将模型预测控制方式应用于风电场控制，分别又有集中式模型预测控制和分布式模型预测控制两种方案。由于风电场模型是一个多输入多输出的系统，随着风机数量增多，阶数显著增大，分布式模型预测方案较集中式模型预测控制方案能减少计算量。总的来说目前这些研究都将风电场进行统一控制，未考虑机组所处不同位置风况不同等差异。然而如果不考虑机组间差异，造成功率分配不当，必然导致总有功功率跟踪效果不佳。并且目前的研究忽略了机组响应时间，认为机组有功输出瞬间即可达到参考值，转而将研究重点放在功率可追踪下的风机载荷控制。所以以快速跟踪电网调度为目的的研究甚少。

因此，一种基于模型预测控制方式，将所处不同风况的风电机组进行分类并对有功调整量进行合理分配，使风电场能够快速跟踪电网调度命令的有功功率控制方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于模型预测控制的风电场有功功率控制方法，使风电场快速响应，并避免机组的不必要动作，实现对电网调度值的跟踪。

为实现上述发明目的，本发明基于模型预测控制的风电场有功功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、根据风机出厂参数，从切入风速v_in到额定风速v_rated再到切出风速v_out将风电机组所处风况进行分类，再根据分类结果，将来自电网调度中心的有功调度功率和从公共链接点测量得到的风电场实时有功出力进行风电场级有功参考值分配，使每类风电机组分配到有功功率参考值其中，i＝1,2,…,n，n表示风电机组分类总数；

(2)、对分类后的每一类风电机组按照分类类别进行等值建模，再在等值建模基础上，设计每一类风电机组的模型预测控制器，最后利用模型预测控制器对进行修定，得到有功功率值

(3)、将有功功率值按照单台风电机组在该类风机机组中的出力比例分配给单台风电机组，使每台风电机组分配到输出功率值m_i表示第i类风电机组的总台数；