一种风电机群控制方法及系统技术方案

本申请公开了一种风电机群控制方法及系统，该方法包括：预先创建并初始化与风电机群的规模相适应的粒子群，得到目标粒子群；利用罚函数确定公式，确定出每台风电机组的罚函数；利用适应度计算公式，计算每个粒子的适应度值；利用每个粒子的位置以及适应度值，对每个粒子的速度和位置进行迭代更新，得到全局最优粒子；根据全局最优粒子，对风电机群展开相应的控制，以控制每台风电机组的桨距角和变频交流母线的频率。本申请减少了风电机群控制过程中的风能损失量，并且能够避免风电机组的输出功率超出额定功率值，有利于风电系统的安全稳定运行。

Wind motor group control method and system

The invention discloses a wind power system and control method, the method comprises the following steps: pre creation and initialization of the particle swarm and the wind motor group corresponding to the scale, obtain the target particle swarm; using the penalty function formula, determine the penalty function for each machine; the fitness formula, calculate each the particle's fitness value; the position of each particle and the fitness value, the speed and position of each particle iterative updates, global optimal particle; according to the global optimal particle, the wind motor group to the control, to control each wind turbine pitch angle and frequency of the AC bus frequency. The utility model reduces the amount of wind energy loss in the control process of the wind motor group, and can avoid that the output power of the wind power unit exceeds the rated power value, and is favorable for the safe and stable operation of the wind power system.

【技术实现步骤摘要】
一种风电机群控制方法及系统
本专利技术涉及风力发电
，特别涉及一种风电机群控制方法及系统。
技术介绍
近海风电具有风速高、湍流强度小、风速风向稳定等优点，是风电行业发展的主要趋势。若采用风电机群集中控制取代单机分立控制，有利于降低故障率，从而减少海上维护工作、增加有效发电时间，同时可降低系统总成本。然而，当风电场内风速分布不均时，风电机群集中控制易导致较大风能损失，输出功率容易超出额定功率值，如何在风速分布不均的情况下，减少风电机群控制过程中的风能损失量并避免风电机组的输出功率超出额定功率值是目前还有待进一步解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种风电机群控制方法及系统，在风速分布不均的情况下，减少了风电机群控制过程中的风能损失量，并且能够避免风电机组的输出功率超出额定功率值。其具体方案如下：一种风电机群控制方法，应用于风电机群，其中，所述风电机群中每台风电机组在功率控制过程中的转速均保持一致，所述方法包括：预先创建并初始化与所述风电机群的规模相适应的粒子群，得到目标粒子群；其中，所述目标粒子群中的第i个粒子的位置的向量表达式为：式中，M表示所述风电机群中风电机组的数量，N表示所述目标粒子群中粒子的数量，βi,j表示第i个粒子中的第j台风电机组的桨距角，fi,bus表示第i个粒子中变频交流母线的频率；利用罚函数确定公式，确定出每台风电机组的罚函数；其中，所述罚函数确定公式为：式中，Pi,k表示第i个粒子中的第k台风电机组的输出功率，PN表示风电机组的额定功率值，PPENi,k表示第i个粒子中的第k台风电机组的罚函数；利用适应度计算公式，计算每个粒子的适应度值；其中，所述适应度计算公式为：式中，Pi表示所述目标粒子群中第i个粒子的适应度值，D表示预设的惩罚因子；利用每个粒子的位置以及适应度值，对每个粒子的速度和位置进行迭代更新，得到全局最优粒子；其中，所述全局最优粒子的位置的向量表达式为：式中，βgj表示所述风电机群中第j台风电机组的最优桨距角，fgbus表示变频交流母线的最优频率；根据所述全局最优粒子，对所述风电机群展开相应的控制，以控制每台风电机组的桨距角和变频交流母线的频率。可选的，所述利用罚函数确定公式，确定出每台风电机组的罚函数的过程，包括：利用输出功率计算公式，计算每台风电机组的输出功率；其中，所述输出功率计算公式为：式中，Pi,k表示第i个粒子中的第k台风电机组的输出功率，ρ表示空气密度，A表示风力机叶片扫掠面积，Ck(Vk,βi,k,fi,bus)表示第k台风电机组的功率系数，Vk表示第k台风电机组的实时风速；利用每台风电机组的输出功率以及所述罚函数确定公式，确定出每台风电机组的罚函数。可选的，第k台风电机组的功率系数Ck(Vk,βi,k,fi,bus)的计算公式为：其中，指数S为：式中，Vk表示第k台风电机组的实时风速，R表示风电机组的叶片半径，np表示电机极对数，ng表示齿轮箱变比，K1至K6为预先基于风电机组翼型确定的系数。可选的，所述风电机群为采用可变频率变压器集中控制的变速风电机群，或采用高压直流输电变流器集中控制的变速风电机群，或采用分频交流输电变流器集中控制的变速风电机群。可选的，所述利用每个粒子的位置以及适应度值，对每个粒子的速度和位置进行迭代更新，得到全局最优粒子的过程，包括：步骤A1：将每个粒子的初始位置确定为每个粒子的当前最优位置i＝1,2,...,N，以及从当前所有粒子中筛选出适应度值最大的粒子，并将该粒子的位置确定为所述目标粒子群中的当前全局最优位置步骤A2：利用每个粒子的当前最优位置以及所述目标粒子群中的当前全局最优位置对每个粒子的速度和位置进行更新，得到本轮更新后每个粒子的新位置；步骤A3：计算每个粒子的新位置所对应的适应度值，利用预设更新原则，对所有粒子的当前最优位置进行更新；其中，所述预设更新原则为：当任一粒子的新位置的适应度值大于该粒子的当前最优位置，则利用该粒子的新位置对该粒子的当前最优位置进行替换更新；步骤A4：从当前所有粒子中筛选出适应度值最大的粒子，并判断该粒子的适应度值是否大于当前全局最优位置对应的适应度值，如果是，则利用该粒子的当前位置对所述目标粒子群中的当前全局最优位置进行替换更新；步骤A5：重新进入步骤A2，直到达到预设的迭代次数，并将迭代结束后得到的当前全局最优位置所对应的粒子确定为所述全局最优粒子。可选的，所述对每个粒子的速度和位置进行更新，得到本轮更新后每个粒子的新位置的过程，包括：利用迭代更新公式，对每个粒子的速度和位置进行更新，并且在利用所述迭代更新公式进行更新的过程中，若任意粒子的位置向量中存在任一向量元素的数值超出预设的元素数值约束范围，则利用该元素数值约束范围的边界值对该向量元素的数值进行替换更新，得到本轮更新后每个粒子的新位置；其中，所述迭代更新公式为：式中，为惯性权重，c1和c2为学习因子，r1和r2为随机数。本专利技术还相应公开了一种风电机群控制系统，应用于风电机群，其中，所述风电机群中每台风电机组在功率控制过程中的转速均保持一致，所述系统包括：粒子群创建模块，用于预先创建并初始化与所述风电机群的规模相适应的粒子群，得到目标粒子群；其中，所述目标粒子群中的第i个粒子的位置的向量表达式为：式中，M表示所述风电机群中风电机组的数量，N表示所述目标粒子群中粒子的数量，βi,j表示第i个粒子中的第j台风电机组的桨距角，fi,bus表示第i个粒子中变频交流母线的频率；罚函数确定模块，用于利用罚函数确定公式，确定出每台风电机组的罚函数；其中，所述罚函数确定公式为：式中，Pi,k表示第i个粒子中的第k台风电机组的输出功率，PN表示风电机组的额定功率值，PPENi,k表示第i个粒子中的第k台风电机组的罚函数；适应度值计算模块，用于利用适应度计算公式，计算每个粒子的适应度值；其中，所述适应度计算公式为：式中，Pi表示所述目标粒子群中第i个粒子的适应度值，D表示预设的惩罚因子；迭代更新模块，用于利用每个粒子的位置以及适应度值，对每个粒子的速度和位置进行迭代更新，得到全局最优粒子；其中，所述全局最优粒子的位置的向量表达式为：式中，βgj表示所述风电机群中第j台风电机组的最优桨距角，fgbus表示变频交流母线的最优频率；风电机群控制模块，用于根据所述全局最优粒子，对所述风电机群展开相应的控制，以控制每台风电机组的桨距角和变频交流母线的频率。可选的，所述罚函数确定模块，具体包括：输出功率计算子模块，用于利用输出功率计算公式，计算每台风电机组的输出功率；其中，所述输出功率计算公式为：式中，Pi,k表示第i个粒子中的第k台风电机组的输出功率，ρ表示空气密度，A表示风力机叶片扫掠面积，Ck(Vk,βi,k,fi,bus)表示第k台风电机组的功率系数，Vk表示第k台风电机组的实时风速；罚函数确定子模块，用于利用每台风电机组的输出功率以及所述罚函数确定公式，确定出每台风电机组的罚函数。可选的，所述输出功率计算子模块，包括：功率系数计算单元，用于利用功率系数计算公式，计算每台风电机组的功率系数；其中，所述功率系数计算公式为：其中，指数S为：式中，Vk表示第k台风电机组的实时风速，R表示风电机组的叶片半径，np表示电机极对数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电机群控制方法，其特征在于，应用于风电机群，其中，所述风电机群中每台风电机组在功率控制过程中的转速均保持一致，所述方法包括：预先创建并初始化与所述风电机群的规模相适应的粒子群，得到目标粒子群；其中，所述目标粒子群中的第i个粒子的位置的向量表达式为：

【技术特征摘要】
1.一种风电机群控制方法，其特征在于，应用于风电机群，其中，所述风电机群中每台风电机组在功率控制过程中的转速均保持一致，所述方法包括：预先创建并初始化与所述风电机群的规模相适应的粒子群，得到目标粒子群；其中，所述目标粒子群中的第i个粒子的位置的向量表达式为：式中，M表示所述风电机群中风电机组的数量，N表示所述目标粒子群中粒子的数量，βi,j表示第i个粒子中的第j台风电机组的桨距角，fi,bus表示第i个粒子中变频交流母线的频率；利用罚函数确定公式，确定出每台风电机组的罚函数；其中，所述罚函数确定公式为：式中，Pi,k表示第i个粒子中的第k台风电机组的输出功率，PN表示风电机组的额定功率值，PPENi,k表示第i个粒子中的第k台风电机组的罚函数；利用适应度计算公式，计算每个粒子的适应度值；其中，所述适应度计算公式为：式中，Pi表示所述目标粒子群中第i个粒子的适应度值，D表示预设的惩罚因子；利用每个粒子的位置以及适应度值，对每个粒子的速度和位置进行迭代更新，得到全局最优粒子；其中，所述全局最优粒子的位置的向量表达式为：式中，βgj表示所述风电机群中第j台风电机组的最优桨距角，fgbus表示变频交流母线的最优频率；根据所述全局最优粒子，对所述风电机群展开相应的控制，以控制每台风电机组的桨距角和变频交流母线的频率。2.根据权利要求1所述的风电机群控制方法，其特征在于，所述利用罚函数确定公式，确定出每台风电机组的罚函数的过程，包括：利用输出功率计算公式，计算每台风电机组的输出功率；其中，所述输出功率计算公式为：式中，Pi,k表示第i个粒子中的第k台风电机组的输出功率，ρ表示空气密度，A表示风力机叶片扫掠面积，Ck(Vk,βi,k,fi,bus)表示第k台风电机组的功率系数，Vk表示第k台风电机组的实时风速；利用每台风电机组的输出功率以及所述罚函数确定公式，确定出每台风电机组的罚函数。3.根据权利要求2所述的风电机群控制方法，其特征在于，第k台风电机组的功率系数Ck(Vk,βi,k,fi,bus)的计算公式为：其中，指数S为：式中，Vk表示第k台风电机组的实时风速，R表示风电机组的叶片半径，np表示电机极对数，ng表示齿轮箱变比，K1至K6为预先基于风电机组翼型确定的系数。4.根据权利要求1所述的风电机群控制方法，其特征在于，所述风电机群为采用可变频率变压器集中控制的变速风电机群，或采用高压直流输电变流器集中控制的变速风电机群，或采用分频交流输电变流器集中控制的变速风电机群。5.根据权利要求1至4任一项所述的风电机群控制方法，其特征在于，所述利用每个粒子的位置以及适应度值，对每个粒子的速度和位置进行迭代更新，得到全局最优粒子的过程，包括：步骤A1：将每个粒子的初始位置确定为每个粒子的当前最优位置i＝1,2,...,N，以及从当前所有粒子中筛选出适应度值最大的粒子，并将该粒子的位置确定为所述目标粒子群中的当前全局最优位置步骤A2：利用每个粒子的当前最优位置以及所述目标粒子群中的当前全局最优位置对每个粒子的速度和位置进行更新，得到本轮更新后每个粒子的新位置；步骤A3：计算每个粒子的新位置所对应的适应度值，利用预设更新原则，对所有粒子的当前最优位置进行更新；其中，所述预设更新原则为：当任一粒子的新位置的适应度值大于该粒子的当前最优位置，则利用该粒子的新位置对该粒子的当前最优位置进行替换更新；步骤A4：从当前所有粒子中筛选出适应度值最大的粒子，并判断该粒子的适应度值是否大于当前全局最优位置对应的适应度值，如果是，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思哲，熊国专，章云，孟安波，张桂东，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44