一种面向风电机组输出功率平滑的有功功率优化调度方法

本发明属于风电功率的自动控制，更具体地，涉及一种面向风电机组输出功率平滑的有功功率优化调度方法。

背景技术：

1、随着时代的发展和科技的进步，人类对能源需求的越来越高，探寻清洁、廉价、可持续的新型能源已经成为当今社会一个热点方向。然而风作为自然资源具有间歇性、波动性以及不稳定性等特点，这些特点会影响发电质量，导致风机发电功率突变，若不设置合理的参考功率以及合适的调度策略，将会影响电网的安全运行，导致新能源并网困难，严重时还容易对发电设备造成损害。因此，为了保护发电设备、稳定发电功率，提高发电质量，则需要进行风电场有功功率优化调度。

2、中国发明专利cn114169800a公开了一种综合能源系统的能量调度方法，包括获取目标综合能源系统的运行参数；建立综合能源系统基本运行模型；构建用户参与评估模型；采用正态云模型对综合需求响应中的不确定性进行模拟；基于综合能源系统基本运行模型和综合需求响应模型，以综合能源系统的输入能量最小为目标函数，在设定的边界条件下求解得到最终的综合能源系统的优化调度结果。

3、比例分配(proportional distribution, pd)是传统的风电场有功分配策略，该策略根据每台风机的出力比例以及电网下达的参考功率分配风电场有功功率，然而，这种方法存在风机出力不均衡，调度指令不合理，并网功率波动大等缺点。目前，为了缓解风机输出功率的波动，许多研究人员提出了多种方案，利用蓄电池、超级电容等一些储能系统作为能量缓冲器来补偿风力发电的波动，使用储能系统可以帮助风力系统提高风能的最大可用功率，使风电场发电效益达到最大。然而，储能系统造价昂贵、维修成本高，因此，研究如何不使用储能装置优化风电场的参考功率分配以减小每台风机发电功率波动的方法亟待解决，同时减小储能系统对风力发电功率平滑的难度。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种面向风电机组输出功率平滑的有功功率优化调度方法，以解决现有技术存在风机出力不均衡，调度指令不合理，并网功率波动大等问题。

2、本发明详细的技术方案如下：

3、为了研究不使用储能系统的风电场有功功率优化分配方法，减小风电机组的有功功率波动，制定合适的功率调度计划，本发明以平滑风电场每台风电机组发电功率作为参考功率优化目标，利用最小化标准差的思想，提出了一种面向风电机组输出功率平滑的有功功率优化调度方法；

4、首先，要优化t时刻每台风机（共四台风机）的参考功率分配，就要利用每台风电机组t-1时刻之前已经优化过的有功功率设置目标函数的参数，以及t时刻的有功功率输出数据作为优化的约束条件；然后，根据电网下达的风电场整体参考功率，并以减小每台风机发电功率的波动作为风机参考功率的优化目标，利用最小化标准差的思想进行优化；再次，使用内点法求解此非线性约束规划问题，找到最优解；最后，利用计算得出的最优解作为t时刻发电功率，并结合t+1时刻每台风机的发电功率数据继续参与t+1时刻参考功率的计算。

5、s1、获得每台风机的有功发电功率数据以及风电场整体有功功率参考值；

6、s2、设置电网下达的风电场整体有功功率参考值；

7、s3、通过最小化每台风机标准差之和设置优化函数，优化目标为t时刻电网下达的整体风电场有功功率参考值；

8、s4、根据每台风电机组的有功发电功率数据设置优化函数的约束条件；

9、s5、在设置完带有约束的优化函数后，利用内点法进行求解得到t时刻最优的参考功率；

10、s6、将t时刻解出的最优参考功率作为t时刻发电功率输出，并继续参与t+1时刻最优参考功率的计算。

11、所述s1具体包括：获得风电场每台风机的有功发电功率数据，获得的每台风机的有功发电功率数据之和即风电场整体有功功率参考值。

12、进一步地，所述设置电网下达的风电场整体有功功率参考值为：

13、（1）；

14、公式（1）中，为t时刻电网下达的整体风电场有功功率参考值，表示参考值k随时间的变化函数；不断变化的风电场整体有功功率参考值更加契合实际的电场整体有功功率。

15、具体的，通过优化风电场内每一台风机的参考发电功率，为风电场提供合理的调度参考，所述优化函数为：

16、（2）；

17、公式（2）中，是要优化的目标，是第i台风机要优化的参考功率，表示已经被优化的t-1时刻之前的参考功率输出，k表示t时刻之前的所有时刻，n表示风机台数，表示绝对值，表示第i台风机的惩罚因子；

18、所述惩罚因子为：

19、（3）；

20、（4）；

21、（5）；

22、公式（3）-（5）中，di表示已经被优化的t-1时刻之前的第i台风机的参考功率序列；

23、参考功率序列，则标准差的计算公式为：

24、（6）；

25、公式（6）中，表示求序列的标准差，n表示序列总个数；

26、表示求序列x的均值，它的表达式为：

27、（7）。

28、进一步地，所述约束条件为：

29、（8）；

30、公式（8）中，s.t.表示约束条件，表示t时刻第i台风机的有功发电功率；表示t时刻电网下达的风电场整体功率参考值。

31、在约束条件中，第一个不等式约束为输出功率约束，目的是保证t时刻参考功率的值小于t时刻有功发电功率；

32、第二个等式约束为电网功率平衡约束，目的是保证t时刻，四台风机的参考发电功率之和满足t时刻电网下达的风电场整体参考功率。

33、所述s5具体包括：

34、s51、设置带有约束的优化函数：

35、（9）；

36、（10）；

37、公式（9）-（10）中，表示不等式约束的优化目标的函数表达式，即，c是约束边界，；表示等式约束的优化目标的函数表达式，即，代表优化的目标。

38、s52、将优化问题转换成如下形式：

39、（11）；

40、（12）；

41、公式（11）-（12）中，是优化函数去掉不等式约束后的一个形式，为障碍函数，当优化目标的取值靠近边界时，将趋近于无穷，阻止优化目标脱离约束条件构成的可行域；为障碍函数系数，它是一个正数，随着逐渐降至零，的最小值无限接近的最小值。

42、s53、引入拉格朗日函数：

43、（13）；

44、公式（13）中，表示不等式约束的优化目标的函数表达式，表示拉格朗日乘子；

45、公式（13）对应的kkt条件为：

46、（14）；

47、公式（14）中，表示函数对求导，表示函数对求导，表示函数对求导。

48、s54、求出满足公式（14）的解，即得到t时刻最优的参考功率。

49、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

50、（1）本发明提供的一种面向风电机组输出功率平滑的有功功率优化调度方法，通过优化风电场内每一台风机的参考发电功率，为风电场提供合理的调度参考，有效缓解了传统比例分配方法带来的功率波动，提高了风电场的经济效益。

51、（2）本发明提供的一种面向风电机组输出功率平滑的有功功率优化调度方法，通过设置优化函数，并求其最小值，优化风电场内每台风机的参考功率，最大限度地减小由于风速波动造成的发电功率波动，使每台风机在满足电网下达的风电场整体参考功率的同时，输出更加平滑的功率。

52、（3）本发明提供的一种面向风电机组输出功率平滑的有功功率优化调度方法，通过求解的最小值接近优化函数的全局最小值，具有很好的收敛性；并且仅利用了风机的历史发电数据，因此实现条件简单；计算速度很快，对算力要求小，并且不需要额外收集其它数据，在优化风电场参考有功功率分配更具有优越性，可以提高风电场运行的稳定性和经济效益。