一種考慮風速波動與預測誤差的風電場雙層有功分配控制方法與流程
2023-08-08 09:11:46 1
本發明屬於風電場有功分配領域，特別是一種考慮風速波動與預測誤差的風電場雙層有功分配控制方法。
背景技術：
：單層的風電場全局優化有功分配策略是以調度周期內的風速預測信息和電網調度中心下達的風電場發電計劃為基礎，綜合考慮機組的預測信息、運行狀態和控制特性等因素，通過優化算法計算出調度周期內場內各風機的有功出力指令。但是風電場風速預測系統在對風速進行預測時，通常用平均值風速值對一段時間內的風速進行預測，以便於對風能進行估計，風速的隨機變化性與不可預測性使得風速預測數據存在一定誤差，在湍流風況下，即使在很短的時間內，風速的變化也會很劇烈，而風力機在風速變化劇烈的風況下存在有功出力不足的情況，從而影響有功分配系統調度決策的準確性與可行性，因此單純依靠全局優化分配策略所制定風電機組的有功調度指令在風電場實際運行時並不能獲得理想的控制效果。基於上述情況，目前迫切需要一種新的風電場有功分配控制方法，能夠考慮風速波動與預測誤差對風電場控制性能的影響，減小在線調度計劃外的風電場發電誤差。但是現有技術中尚無相關描述。技術實現要素：本發明所解決的技術問題在於提供一種考慮風速波動與預測誤差的風電場雙層有功分配控制方法。實現本發明目的的技術解決方案為：一種考慮風速波動與預測誤差的風電場雙層有功分配控制方法，包括以下步驟：步驟1、初始化風電場的有功輸出計劃值預測風速以及仿真時間tsim；步驟2、根據預測風速信息確定各風電機組的預測風功率上限步驟3、通過全局優化分配策略，計算得到各風電機組的初始有功出力指令步驟4、測量各風電機組實際出力值和pcc點處風電場實際出力值步驟5、計算各風電機組參與風電場功率調節的協調係數kmi和風電場實際出力值與電網調度指令的偏差值δpwf；步驟6、計算各風電機組有功功率的實時修正量步驟7、計算修正後的機組有功指令步驟8、判斷仿真時間t是否小於tsim，若t＜tsim，進入步驟4；否則，結束運行。本發明與現有技術相比，其顯著優點為：本發明對風速波動與預測誤差的考慮更為完善，優化了風電場有功分配控制方法，能夠更準確跟蹤電網調度下達的發電計劃。從而，相對於單層的風電場全局優化有功分配策略，對控制系統運行的魯棒性進一步的增強。下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。附圖說明圖1為本發明的考慮風速波動與預測誤差的風電場雙層有功分配控制方法流程圖。圖2為本發明的有無修正控制策略下的風電場有功輸出波形圖。具體實施方式結合圖1，本發明的一種考慮風速波動與預測誤差的風電場雙層有功分配控制方法，包括以下步驟：步驟1、對風電場的有功輸出計劃值預測風速以及仿真時間tsim進行初始化；步驟2、根據預測風速信息確定各風電機組的預測風功率上限各風電機組的預測風功率上限的計算公式為：式中，ρ為空氣密度，r為風力機風輪半徑，cpmax為最佳葉尖速對應的風機風能捕獲係數的最大值，θ0為初始槳矩角值，ωn為額定轉速，cp(θ0,ωn)為恆轉速控制下的風機風能捕獲係數，pn為額定功率，為風速預測信息，vin為切入風速，vcon_ω為恆轉速風速，vn為額定風速，vout為切出風速。步驟3、通過全局優化分配方法，確定各風電機組的初始有功出力指令各風電機組的初始有功出力指令的計算公式為：式中，k1、k2、k3分別為3個子目標的權重係數；t為納入優化考慮範圍內的調度周期個數，n為風電場內風機個數；為電網在第j個周期下達給風電場的有功輸出計劃值；為機組i在第j個周期時的運行狀態，「1」表示運行狀態，「0」表示停機狀態；表示機組i在第j個周期時接收到的有功出力指令；分別為機組i在第j個周期時輸出功率上下限；δpwti為風電機組功率指令變化上限值。步驟4、測量各風電機組實際出力值和pcc點處風電場實際出力值步驟5、確定各風電機組參與風電場功率調節的協調係數kmi和風電場實際出力值與電網調度指令的偏差值δpwf；各風電機組參與風電場功率調節的協調係數kmi和風電場實際出力值與電網調度指令的偏差值δpwf的計算公式分別為：步驟6、確定各風電機組有功功率的實時修正量各風電機組的有功功率的實時修正量的確定公式為：步驟7、確定修正後的機組有功指令步驟8、判斷仿真時間t是否小於tsim，若t＜tsim，進入步驟4；否則，結束運行。本發明對風速波動與預測誤差的考慮更為完善，優化了風電場有功分配控制方法，能夠更準確跟蹤電網調度下達的發電計劃。從而，相對於單層的風電場全局優化有功分配策略，對控制系統運行的魯棒性進一步的增強。下面結合實施例對本發明做進一步詳細的描述：實施例採用一個由5臺配置信息相同的2mw風電機組構成的風電場作為研究對象，具體參數如表1所示。表1.2mw直驅永磁同步風力機氣動參數與機械參數風電場各風電機組的初始啟停狀態、預測風速信息和電網下達給風電場的目標功率值分別如表2、3所示。表2.風電場內各機組初始啟停狀態與預測風速信息表3.風電場目標功率指令首先，在matlab/simulink中搭建風電場有功控制系統模型，調度周期定為10min，即仿真時間tsim＝60min。風電機組的功率下限按其額定值的15％進行整定，機組功率指令變化速率限制為50kw/s，根據預測風速信息計算得到各風電機組的預測風功率上限如下表4所示。表4.各風電機組的預測風功率上限機組周期t1t2t3t4t5t61807.2755.7659.4730.8614.4917.221100.1571.6636.6530.8888.8888.83550.91305.9917.2473.31132.8730.84636.6636.6917.2473.31132.8730.85833.8682.6437.31068.1614.4636.6然後，根據3個子目標的重要性程度對其進行排序，考慮其量級不同，設置3個權重係數分別為：k1＝1000,k2＝10,k3＝1。通過全局優化分配策略，計算得到初始有功出力指令如表5所示。表5.採用全局優化分配策略的有功分配方案機組周期t1t2t3t4t5t61300400400400378.8314.82306.4306.4406.4406.4406.6406.43378.8378.8378.8378.8378.8378.84378.8378.8378.8378.83003005336336336336336300總計/kw170018001900190018001700在上層採用全局優化分配策略的基礎上，增設下層實時修正控制，通過仿真獲得有無修正控制策略下的風電場有功輸出波形圖，如圖2所示。從圖中可以看出，在相同風電場發電計劃下，帶有實時修正控制的風電場有功輸出能夠有效跟蹤電網給定的風電場有功出力曲線，而沒有實時修正控制的風電場有功輸出波形有劇烈抖動，發電誤差較大。採用均方根誤差rmse作為評價指標對有無實時修正控制的風電場有功分配策略進行評估，計算公式為：式中，n為採樣點數。計算結果如表6所示。表6.有無實時修正控制的風電場有功分配策略的均方根誤差比較有無實時修正控制策略rmse有0.2％無5.2％從rmse的計算結果可以看出，附加實時修正控制策略的風電場有功控制系統可以有效減少風電場發電誤差，提高風電場輸出功率的穩定性。由上述實施例，可以驗證本發明完善了風電場有功分配策略，減小了風速隨機波動性與預測誤差的影響，面對風速劇烈變化的風況時具有更好的適應性，進一步提高了有功分配控制系統的魯棒性。當前第1頁12