[发明专利]考虑动态尾流的风电场有功功率离线预测控制器设计方法

权利要求书

1.考虑动态尾流的风电场有功功率离线预测控制器设计方法，其特征在于,包括步骤：

S1、基于偏航角、轴向推力系数对尾流方向和强度的影响，考虑时间变量建立风电场全场动态尾流模型；

风电场全场动态尾流模型的建立包括步骤：

S11、构建考虑偏航角和轴向推力系数的静态尾流模型；

具体的，基于Jensen模型，当上风向风机i的输入风速为v_i和输入风向为β时，定义尾流速度亏损因子g_ij，则相邻下风向风机j的输入风速v_j为：

式中，r_i分别为上风向风机i的轴向推力系数和风轮半径；分别为上风向风机i与处在其尾流区域内下风向风机j之间的径向距离和轴向距离，计算公式如下：

式中，θ_i是上风向风机i的偏航角；L_ij、β_ij分别为上风向风机i与处在其尾流区域内下风向风机j之间的距离和夹角；

S12、构建考虑时间变量的动态尾流模型；

具体的，风机i的尾流到下风向风机j的流动时间可表示为：

风机j在t时刻的输入风速为：

v_j(t)＝v_i(t-τ_i→j)[1-g_ij(t-τ_i→j)]；

式中，计算公式如下：

S13、构建考虑尾流叠加的全场动态尾流模型；

具体的，当风电场输入风速为v₀和输入风向为β时，风机j的输入风速v_j为：

式中，τ_v0→j是风电场输入风速到风机j所需要的时间；假设风机i是对风机j的产生影响的上风向风机，则自由风流到风机j所需要的时间为：

此时，风机j可捕获的功率为：

风电场全场可捕获功率为各台风机可捕获功率之和，可表示为：

式中，n代表风电场风机数量；

S2、基于风电场全场动态尾流模型，通过状态方程建立风电场有功功率预测模型；

S3、基于风电场全场动态尾流模型，构建风电场有功功率优化模型；

S4、采用PSO算法进行风电场有功功率优化求解；

S5、通过CNN-GRNN混合网络建立风电场系统状态与偏航角优化值、轴向推力系数优化值之间的映射关系；

S6、构建风电场有功功率离线预测控制器；

所述风电场有功功率离线预测控制器包括离线计算和在线计算；

离线计算时，在不同输入风速和输入风向下，通过基于PSO的功率优化求解，可以离线得到相应的控制律；

在线计算时，只需要通过反馈控制确定当前系统状态，继而用已建立的CNN-GRNN网络计算出当前系统状态下相应的控制律，就能得到相应的控制信号。

2.根据权利要求1所述的考虑动态尾流的风电场有功功率离线预测控制器设计方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括步骤：

S21、建立系统连续状态方程：

其中，Δt表示单位时间间隔，为p(t)的导数，

S22、建立预测模型；

具体的，首先定义系统变量，如下：

其中，x(k+1|k)表示当前时刻k的系统状态变量x(k)在未来k+1时刻的预测值；p_rate代表风机的额定功率；θ(k)和C_T(k)分别表示各个风机在k时刻的偏航角和轴向推力系数的集合；

Δt取1时，x(k+1|k)可以进一步表示为：

在预测步长m内的输出预测为：

X(k)＝[x(k+1|k),…,x(k+i|k),…,x(k+m|k)]；

其中，x(k+j|k)表示当前时刻k的系统状态变量x(k)在未来时刻k+i的预测值，其计算公式如下：

3.根据权利要求1所述的考虑动态尾流的风电场有功功率离线预测控制器设计方法，其特征在于，所述步骤S3中的优化模型为：