[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

说明书

本发明公开了一种基于风速提前测量的风电机组有功调节方法，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，利用预测状态值，求解成本函数得到最优给定桨距角的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。本发明在高速风况下在满足有功功率输出等于目标功率的同时还能减少变桨机构动作并减轻变桨系统疲劳载荷；在低速风况下实现以最大功率跟踪运行。每个预测步长下，仅采用桨距角序列或转矩序列其中之一作为候选有限控制集，极大减轻控制器运算量和增强工程应用性。

技术领域

本发明属于风电机组控制技术领域，特别涉及一种基于风速提前测量的减小变桨动作的有功功率控制方法及装置。

背景技术

随着国家不断发展新能源，风力发电在电网中所占的比例越来越大。单方面的追求发电量会导致输出功率波动较大，影响电网安全性与可靠性。为此，风力发电机组需要具有有功功率调节能力，即风电机组在中高速风况下的输出有功功率需要保持在目标值，在低风速下以最大功率跟踪运行。现有主流的有功功率控制方法为在高风速风况下，通过调节桨矩角来调节风电机组从风中吸取能量的能力。但由于风速波动，变桨机构需要频繁动作，会导致疲劳载荷增加，使其寿命变短。另外，也有方法提出将叶轮作为能量缓冲器，通过调节叶轮转速来实现动能与输出功率之间的转化，来调节有功功率波动，以减少变桨机构动作。然而，上述方法以当前时刻转速作为控制依据，仅能较小程度地减小变桨动作频率，其控制性能仍亟待提高。

随着测风技术的日渐成熟，利用提前测量风信息提升机组控制性能的控制技术引起了相关研究人员的关注。然而，如何利用提前测量风速信息，来改进风电机组有功功率控制，从而获得良好的经济效益，目前未有相应的解决方案。

发明内容

本发明旨在解决现有控制技术中导致的风电机组性能不足问题。本发明提供了一种基于风速提前测量的风电机组有功调节方法，其目的是为了解决传统控制方法变桨机构频繁动作，导致变桨系统疲劳载荷增加，寿命减短的问题。同时采用提前风速测量技术，有利于减轻有功功率波动，达到更好的运行效果。为达到上述目的，本发明公开了一种基于风速提前测量的风电机组有功调节方法，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。

更进一步地，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可以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。

更进一步地，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