[发明专利]海上风电场的机组功率指令值计算方法和分布式调度方法

说明书

本发明公开了一种海上风电场的机组功率指令值计算方法，包括以下步骤：结合单个风电机组的疲劳载荷计算公式，明确海上风电场有功调度过程中的疲劳载荷抑制目标和约束条件；基于所述疲劳载荷抑制目标和所述约束条件，在比例分配算法的基础上叠加功率分配系数，以获得功率指令值的计算公式。本发明功率指令值的计算公式考虑了风电机组的疲劳载荷，有利于降低海上风电场内机组疲劳的不平衡程度，从而改善海上风电场长期运行中的疲劳平衡情况。本发明还提供一种海上风电场的分布式调度方法。

技术领域

本发明涉及风电场技术领域，特别涉及一种海上风电场的机组功率指令值计算方法和分布式调度方法。

背景技术

近年来，风能已迅速发展为可再生的清洁能源。风能为自然资源，其波动性很强，这对电网的安全运行带来了挑战。同时，随着海上风电在电力系统中的渗透率的提高，这一挑战也愈加明显。为了解决这一问题，海上风电参与电网辅助服务，例如旋转备用，将成为一种趋势。当海上风电场参与备用服务时，风电机组的运行将偏离最大功率点跟踪(MPPT)状态，从而降低其输出功率。由于限功率运行过程会主动改变风电机组的有功功率，从而影响机组的疲劳负荷，因此许多研究人员在其限功率策略中应用了疲劳负荷的优化。在这些策略下，疲劳载荷的计算方法很重要。一部分研究人员认为疲劳载荷可以用风电机组的塔弯矩和主轴转矩的标准偏差表示。还有一部分研究人员折中提出的损伤等效载荷(DEL)可以有效地计算疲劳载荷，但是DEL的计算是复杂的，仅适合作为评估策略。为了计算长期运行下风电场的疲劳程度，有研究人员提出了一种考虑工作疲劳和湍流疲劳的疲劳计算方法。该方法的优点是可以相对简单地计算风电机组的疲劳水平，但缺点是需要根据实际风电场确定计算过程中的一些经验参数。

另一方面，向风电场中的风电机组传递功率命令的策略也值得研究。传统策略通常是风电场控制中心将控制命令发送到所有风电机组。随着通信技术的发展，基于风机之间通信的分布式技术(如多智能体系统MAS)已经成熟并得到应用，但是现有的MAS通常要求领导者和通信拓扑结构经常变化，计算难度较大，对疲劳载荷进行优化的考虑也不足。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种海上风电场的机组功率指令值计算方法和分布式调度方法，能够改善海上风电场长期运行中的疲劳平衡情况。

第一方面，根据本发明实施例的海上风电场的机组功率指令值计算方法，包括以下步骤：

结合单个风电机组的疲劳载荷计算公式，明确海上风电场有功调度过程中的疲劳载荷抑制目标和约束条件；

基于所述疲劳载荷抑制目标和约束条件，在比例分配算法的基础上叠加功率分配系数，以获得功率指令值的计算公式。

根据本发明实施例的海上风电场的机组功率指令值计算方法，至少具有如下有益效果：本发明功率指令值的计算公式考虑了风电机组的疲劳载荷，有利于降低海上风电场内机组疲劳的不平衡程度，从而改善海上风电场长期运行中的疲劳平衡情况。

根据本发明的一些实施例，所述疲劳载荷抑制目标和约束条件为：海上风电场在满足调度中心的全场功率需求和单个风电机组可发功率范围的约束下，风电场内所有风电机组的疲劳系数的标准差最低，其中，所述疲劳系数用于表征风电机组在运行期间产生的机械载荷对内部组件造成的损伤。

根据本发明的一些实施例，所述功率指令值计算公式：

其中，λδ(F_i)为第i个风电机组的功率分配系数，δ(F_i)为疲劳补偿函数，λ为疲劳补偿系数，P_ref为电网调度中心所需的功率指令值，为第i个风电机组的最大可发功率。

根据本发明的一些实施例，所述疲劳补偿函数：

所述疲劳补偿系数：