[发明专利]一种海上风电场群的分散式协调控制方法及装置

权利要求书

1.一种海上风电场群的分散式协调控制方法，其特征在于，包括：

构建海上风电场中单台风机组的考虑尾流影响的尾流风机功率和推力载荷计算模型；

将所述海上风电场内所有风机组的位置、风向和风速信息依次输入所述考虑尾流影响的尾流风机功率和推力载荷计算模型，得到所述海上风电场尾流耦合关系，并将其建模为原始尾流有向图，其中，所述海上风电场中的单台风机组构成所述原始尾流有向图的节点，所述海上风电场中相邻两单台风机组之间的尾流耦合关系构成所述原始尾流有向图的边，该边权重值定义为受尾流影响的等效风速衰减量；

采用图权重剪枝算法和图深度优先搜索算法，将所述原始尾流有向图分解为完全不耦合的稀疏化子尾流有向图，以该稀疏化子尾流有向图为基础将高度相关和强耦合的风机组聚类为多个子风电场，构建稀疏化的风电场群-场-机多层分散式控制体系；

根据所述考虑尾流影响的尾流风机功率和推力载荷计算模型，结合所述子风电场，得到所述海上风电场内多个聚类子风电场风机集群的功率和推力计算函数，定义风机控制变量x_i:＝[γ_i]^T，构建分散式风电场功率和推力荷载平衡优化模型，求解功率和推力荷载平衡控制参数的最优值，所述分散式风电场功率和推力荷载平衡优化模型表达如下：

其中，f(x)表示所述海上风电场中的全部所述子风电场的功率和推力损失函数之和；i表示为第i组所述聚类子风电场，M表示所述海上风电场的所述聚类子风电场的总组数；j表示为所述聚类子风电场中的第j个涡轮机，K表示所述聚类子风电场中的涡轮机总数；γ_i，j表示第i组所述聚类子风电场中第j个涡轮机的偏航角，-γ_min表示最小偏航角值，γ_max表示最大偏航角值；p_i，j表示第i组所述聚类子风电场中第j个涡轮机的功率，p_low表示最小功率值，p_rate表示额定功率值，f_i，j表示第i组所述聚类子风电场中第j个涡轮机的推力荷载，f_low表示最小推力载荷，f_rate表示额定推力载荷，ξ表示平衡参数。

2.根据权利要求1所述的海上风电场群的分散式协调控制方法，其特征在于，采用面向控制的高斯尾流计算模型构建所述单台风机组的考虑尾流影响的尾流风机功率和推力载荷计算模型，包括如下步骤：

将所述单台风机组的尾流膨胀系数、轴向感应因子和转子半径代入所述高斯尾流计算模型，计算受上游风机尾流影响的流入下游单风机某一点的风速和风速衰减量；

根据动量定理，对所述受上游风机尾流影响的流入下游单风机整个轮盘上的风速和风速衰减量进行积分，计算流入盖下游单风机轮盘上的等效风速和等效风速衰减量，得到该单风机整个轮盘上流入的风速；

采用动能守恒定理，计算影响某个下游风机尾流的所有上游风机流入该下游风机的聚合风速和聚合风速衰减量；

根据上述计算结果构建所述单台风机组的考虑尾流影响的尾流风机功率和推力载荷计算模型，将所述聚合风速代入该模型求得单台风机功率和推力如下：

其中，p_i表示风机组i的功率，f_i表示风机组i的推力载荷，表示流入风机组i的聚合风速，ρ表示所述海上风电场中的空气密度，A表示风机组i转子的扫掠面积，C_P表示风机功率系数，C_t表示风机推力系数，cos(γ_i)^1.5表示风叶偏航不对中时尾流偏移修正系数，γ_i表示风机组i的偏航角。