[发明专利]一种基于风速提前测量的风电机组有功调节方法及装置

权利要求书

1.一种基于风速提前测量的风电机组有功调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据风力发电机组运行有功调节优化目标建立成本函数；

步骤2，利用提前测量风速与风力发电机组模型建立风力发电机组状态预测方程；

步骤3，利用所述预测方程中的预测状态值，求解所述成本函数以得到最优给定桨距角序列与给定转矩的序列；

步骤4，将所述风力发电机组最优给定桨距角的序列与给定转矩的序列的第一个元素作为控制器的输出；

所述步骤1进一步包括：在特定长周期T内，变速风力发电机组限定有功功率控制运行的优化目标用以下成本函数来表示：

其中，w₁和w₂为通过试错程序确定的权重因子，P是风电机组功率，P_ref为目标功率，为桨距角变化率；

将长周期T离散为n段短周期Δt，则变速风力发电机组在特定时间T内优化目标为：

其中，P_k+i为第k个控制周期第i个预测周期的风电机组功率，β_k+i与β_k+i-1为第i个以及i-1个预测周期的风电机组桨距角给定；

所述步骤1进一步包括：根据实际风电机组的运行状况，需要对风力发电机组候选给定桨距角的有限控制集、候选给定转矩的有限控制集以及对应的转速取值进行约束：

0≤β≤β_max

0≤T_g≤T_gmax＝min(P_ref/ω_{r_low}，T_grate)

ω_{r_cut}≤ω_r≤ω_{r_high}

β_max为最大桨距角；ω_{r_low}为最优功率点P_opt与P_ref的交点对应的转速，随桨距角β变化对应于一系列不同的值，以下所有说明中使用的ω_{r_low}值均为与当前时刻桨距角β对应的那个值；T_grate为额定转矩；ω_{r_cut}为切入转速；ω_{r_high}为最大转速限制；

所述步骤2进一步包括：

步骤2-1，根据当前风电机组桨距角给定β_k、转矩给定T_gk以及转速ω_rk，在此基础上确定预测周期内候选桨距角给定集合β_k+i以及转矩给定集合T_gk+i；

步骤2-2，获取提前测量的未来平均风速V_k+1、V_k+2、V_k+3、…、V_k+n，对风电机组进行建模，得到：

P_r＝T_rω_r＝0.5ρπR²V³C_p(λ，β)

其中，P_r为风力发电机组从空气中的捕获功率，T_r为气动力矩，ω_r为转子转速，ρ为空气密度，R为转子半径，V为风速，C_p(λ，β)是风能捕获系数，根据拟合函数计算，J_R是叶轮-发电机两质量模型的组合惯性，T_g是发电机转矩，N是齿轮箱变比；

步骤2-3，利用所述步骤2-2中建模公式推导出预测叶轮转速ω_rk+i：

其中，Δt为短周期；

对上式部分参数做近似处理，其中：

所述步骤3进一步包括：

求解成本函数，风电机组的预测功率表达式为：

P_k+i＝T_gk+iω_rk+iN

其中，P_k+i为第k个控制周期第i个预测周期的风电机组功率，T_gk+i为转矩给定集合，ω_rk+i为预测叶轮转速，N为齿轮箱变比；

将所述步骤2中得到的桨距角序列、转矩序列以及转速序列经约束条件进行约束后，代入成本函数，选取使得成本函数取得最小值的最优给定桨距角序列与给定转矩的序列。