[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

说明书

本发明公开了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，主要涉及风电场有功功率控制技术领域；包括步骤：S1、建立风电场全场动态尾流模型；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；本发明能够减少风电场有功功率模型预测控制器的在线计算时间，保证控制精度。

技术领域

本发明涉及风电场有功功率控制技术领域，具体是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。

背景技术

随着风电场的大规模开发利用，受到风电场场址范围限制和为节约土地资源、减少投资成本的需要，未来风电场布局会越来越紧凑，其次，风机容量和风轮直径越来越大，这会导致机组间的尾流效应变得更加明显，由于尾流效应的影响，上游风机吸收风能之后，下游风机的输入风速会明显降低，导致下游风机可捕获风能过小，造成风电场全场输出功率并非最大。因此，减少风电场尾流效应，提高风电场整体输出功率的研究具有重要的理论研究价值和实际应用价值。

在尾流的影响下，通常采用调整上游风机的偏航角度和轴向推力系数等参数，进而改变尾流的方向和强度，控制尾流对下游风机的影响，可以有效提高风电场全场功率。风电场系统具有非线性、时变性和强气动耦合等特点，而模型控制预测(MPC)对于具有非线性、随机、混杂等更加难以控制的动态特性的控制系统都够取得满意的控制效果，因此，越来越多的学者将MPC用于风电场功率控制。但是风电场布局紧凑，一般具有数十台甚至数百台风力发电机机组，使得MPC的控制参数过多，导致MPC的滚动优化过程计算更加复杂和求解时间过长；其次，随着风电场的智能化发展，风电场控制系统要求在一个控制周期内完成的计算任务越多越好，计算开销小的控制策略更利于其他控制和管理功能的集成。因此，设计风电场MPC时要尽可能减少运算量，缩短在线计算时间，而目前的研究往往只针对于风电场功率提升问题，鲜有关注风电场有功功率控制运算量和在线计算时间的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种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，能够减少风电场有功功率模型预测控制器的在线计算时间，保证控制精度。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

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，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；

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。

优选的，所述步骤S1具体包括步骤：

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：