一种基于分布式控制的多风场功率输出调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种风力发电场输出功率调节的控制方法，尤其涉及一种能合理供电 并且友好并网的风力发电场输出功率调节的分布式控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球能源消耗逐年增长，这一形式再一次提醒我们需要依靠更多的可再生能 源，而不是有限的化石能源。为避免遭遇巨大的能源危机，耗尽这些有限的自然资源，可再 生能源的开发成了一个极为关键性的因素。风能作为一种较为广泛的可再生能源，正逐渐 备受人们的关注。然而，现实中却还存在大量的问题阻止了风能的广泛使用。
[0003] 风在时间和空间上都是高度变化的，因为风的不可预测性和间歇性，使得将风能 成功的并入电网成为了一个具有挑战性的问题。同时由于风能的获取与自然的力量直接相 关，就一定程度而言，它是不满足人们对能源的相对稳定性需求。
[0004] 针对一个单一的风电场而言，在局部区域内，风场内的风力涡轮机可能会接收到 不同数量的风。与此同时，在周边的风电场可能正经历一种完全不同的不同程度的风模式。
[0005] 现有技术中并没有一种基于实际负荷需求与多风电场输出功率之间的有效的协 调控制方法。即现有技术中还无法调节多个风电场的输出功率以满足实际的负荷需求，进 而也无法满足人们对电力系统的相对稳定性需求，不能更有效地提高风电输出电能质量， 将可再生能源友好的并网。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种基于分布式控制的多风场功 率输出调节方法。该方法根据实际负荷需求合理调整多风电场功率输出，同时保证输出功 率的稳定性，提高了风电输出电能质量，进而可实现将可再生能源更加友好的并入电网。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
[0008] 一种基于分布式控制的多风场功率输出调节方法，该方法包括如下步骤：
[0009] 1)建立风力涡轮机输出功率的数学模型，得出桨距角e与输出功率之间的二次 函数关系；
[0010] 2)建立单个风电场中所有风机之间的网络连通图，每台风机用一个节点表示，整 个风场含有一个锚风机，用锚节点代替；
[0011] 3)单个风电场中采用分布式Leader-Follower控制算法：
[0012] Xi (k+1) = AXi (k)+BUi (k)，/ = 1.L W，其中，X# in为第 i 个节点的状态变量， Uie 为第i个节点的控制输入；锚风机的桨距角作为Leader根据负载实际需求而设 定，其他风机的桨距角I作为Followers经过多次迭代最终一致收敛于Leader;该算法 可使风场中的除锚风机以外所有风机的桨距角收敛于锚风机桨距角；
[0013] 4)多个风电场的控制采用一种集中化控制算法：
[0014] 4. 1)计算所有风场全部风机在理想环境下的输出总功率及相应的各最佳桨距角 0 0；
[0015] 4. 2)计算输出总功率P_t与所需功率Pneed之间的差值e，e = P _t-Pneed;
[0016] 4. 3)若e>0,中央服务器按照所需功率计算出每个风电场新的桨距角，值，并将 其值传递到各个风电场的锚风机，锚风机得到新的桨距角，，通过风场内的本地网络和分 布式的Leader-Follower控制算法将/?_.值传递到风电场内余下的各个风机；
[0017] 若e〈0,则将最佳桨距角传递到各个风电场的锚风机，再通过网络传递至风电 场内的其他风机，以此来控制多个风电场的总功率输出。
[0018] 本发明的有益效果是：本发明是基于实际负荷需求与多风电场输出功率之间的分 布式运行控制，该方法能够更有效的调节风电场的输出功率，保证输出功率的稳定性，一定 程度上满足了人们对能源的相对稳定性的要求，提高风电输出电能质量，减少了对电网的 冲击，进而可实现将可再生能源更加友好的并入电网。
【附图说明】
[0019] 图1为一种基于分布式控制的多风场功率输出调节方法的整体方案图；
[0020] 图2为单个风场中风机的网络拓扑结构图；
[0021] 图3为测试的三个风场在一个试验周期（24小时）内的实际风速变化曲线；
[0022] 图4为满足实际负荷需求的风场中风机桨距角变化曲线；
[0023] 图5为测试区域实际电力负荷需求曲线；
[0024]图6为采用本发明后的输出供应曲线和负荷需求曲线。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0026] -种基于分布式控制的多风场功率输出调节方法，如图1所示，该方法包括如下 步骤：
[0027] 1)建立风力涡轮机输出功率的数学模型，得出桨距角0与输出功率之间的二次 函数关系（本发明中将叶尖速比X考虑为恒值）。
[0028] 风力发电机的输出功率可以表示为：
【主权项】
1. 一种基于分布式控制的多风场功率输出调节方法，其特征在于，该方法包括如下步 骤： 1) 建立风力涡轮机输出功率的数学模型，得出桨距角β与输出功率之间的二次函数 关系； 2) 建立单个风电场中所有风机之间的网络连通图，每台风机用一个节点表示，整个风 场含有一个锚风机，用锚节点代替； 3) 单个风电场中采用分布式Leader-Follower控制算法： Xi (k+1) = AxiGiHBuiGO，i = IL N，其中，XiG i n为第 i 个节点的状态变量，u # i m 为第i个节点的控制输入；锚风机的桨距角β作为Leader根据负载实际需求而设定，其 他风机的桨距角β i作为Followers经过多次迭代最终一致收敛于Leader ;该算法可使风 场中的除锚风机以外所有风机的桨距角收敛于锚风机桨距角； 4) 多个风电场的控制采用一种集中化控制算法： 4.1)计算所有风场全部风机在理想环境下的输出总功率及相应的各最佳桨距角 4. 2)计算输出总功率Pratput与所需功率P 之间的差值e，e = P wtput-PnMd; 4. 3)若e>0,中央服务器按照所需功率计算出每个风电场新的桨距角值，并将其值 传递到各个风电场的锚风机，锚风机得到新的桨距角f，通过风场内的本地网络和分布式 的Leader-Follower控制算法将見值传递到风电场内余下的各个风机； 若e〈〇,则将最佳桨距角Ptl传递到各个风电场的锚风机，再通过网络传递至风电场内 的其他风机，以此来控制多个风电场的总功率输出。
【专利摘要】本发明公开了一种基于分布式控制的多风场功率输出调节方法，该方法包括：1)建立单台风力发电机输出功率的数学模型；2)建立单个风电场中所有风机之间的网络连通图；3)单个风电场中采用分布式Leader-Follower控制算法，使所有风机的桨距角收敛一致；4)多个风电场采用集中化控制算法使得发电量满足负载需求。本发明通过采用基于分布式控制的多风场功率输出调节方法控制多个风电场的输出功率，更有效的实现了功率的恒定输出，同时根据实际的用电量需求对输出总功率进行调节，使之更加符合人们对电力供应的相对稳定性需求。此外，通过本方法对输出功率的控制，还能够减少对电网的冲击，实现将可再生能源更加友好的并入电网。
【IPC分类】H02J3-46
【公开号】CN104734203
【申请号】CN201510177880
【发明人】王磊, 文杰, 沈涛, 陈柳
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月15日