[发明专利]一种基于控制过程数据拟合的风电场动态频率控制方法

说明书

本发明为高比例风电独立电力系统的频率稳定控制提供了一种数据驱动的动态优化控制方法，使得风电场在参与系统调频的同时内部暂态过程得到稳定和优化。本发明通过构建初始数据集、在线动态建模及集中风场控制建模，根据风机在线动态建模结果对风场频率优化控制。本发明通过对风机运行过程产生的历史数据进行拟合，得到风机的在线等值动态模型，具有纯数据驱动的特征，因此可以适应不同制造商的风机在不同工况下的运行控制，同时算法具有纯线性的形式，求解过程简单，计算负担小，无需求解复杂的非线性优化控制问题，满足实时运行需求，能够兼顾动态响应精度和速度的平衡。

技术领域

本发明属于电力技术领域，特别涉及一种基于控制过程数据拟合的风电场动态频率控制方法。

背景技术

近十年来，随着全球化石能源的快速消耗带来的能源危机和环境问题日益加剧，风电和光伏等可再生能源在世界各地的装机容量都保持快速增长趋势。以风电为例，截至2019年底，世界范围的风电装机总量达到594GW，从2010年起平均每年增长46GW。由于可变速风机可以适应更广的风速工作范围，因此新增的风机绝大多数都选用可变速风机。但是在提高风能利用率的同时，可变速风机的有功出力和频率解耦，随着可变速风机的电网渗透率不断提高，电网将呈现出电力电子化的趋势和特点，因此全网频率稳定问题成为风机大规模接入电网的重大挑战。

现有风机参与调频的技术路线包括本地控制和协调控制两类，其中本地控制通过改造风机本地控制环引入频率响应特性，但是由于场内风机缺乏协调互动，因此在场内风速分布不均的情况下整体响应难以保证最优性，同时还需要定期对场内众多设备的控制参数重新逐一整定，使得整体响应的灵活性大大降低。而协调控制则依赖风机的动态时域模型进行风场整体的协调优化控制。目前对风机的动态建模方法主要依靠对风机物理模型的经验认知和参数量测，这类方法一方面难以在物理模型刻画的过程中对完整控制闭环的各个时滞等实际过程全部考虑，另一方面在参数量测的精确性甚至可行性也常常受到实际工况的制约，使得最终动态模型的实际近似效果难以保证，导致最终优化控制的结果受到较大影响。

因此，需要研究一种数据驱动的风场频率优化控制方法，适应于风场快速灵活参与电网频率动态响应的实际需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的一种基于控制过程数据拟合的风电场动态频率控制方法，适应于风场快速灵活参与电网频率动态响应的实际需求。

一种基于控制过程数据拟合的风电场动态频率控制方法，所述控制方法包括：

风机在线动态建模；

根据所述风机在线动态建模结果对风场频率优化控制。

进一步地，通过以下方式进行风机在线动态建模：

构建初始数据集；

在线动态建模；

集中风场控制建模。

进一步地，通过以下方式构建初始数据集：

建立单个风机或发电单体的状态方程：

ω_k+1＝f(ω_k，u_k) (1.1)

f是状态转移关系函数，w_k是k时刻的风机转速，u_k是k时刻的控制系统输入变量；

P_k是k时刻的有功指令，v_k是k时刻的风速；

是k时刻的广义状态变量，是k+1时刻的广义状态变量，N个风机运行过程中积累的数据对(x_k，y_k)排列为矩阵获得初始数据集：