【技术实现步骤摘要】
一种风电场闭环PI控制器参数整定方法及装置
本专利技术设计属于风力发电系统领域，特别是涉及一种基于等值建模与扰动分析的风电场闭环PI控制器参数整定方法及装置。
技术介绍
随着能源市场的不断的发展，越来越多的新能源得到重视，其中风能因其环境特性而迅速发展。随着风力发电技术的不断发展，对于风机以及风电场的控制也有了越来越高的要求。对风机的控制策略是在额定风速以下尽可能的从自然风中汲取能量，在额定风速以上稳定功率输出在额定功率点。对风电场的控制策略则是将风电场定义为单个风机与电网之间的中间层，风电场从电网调度中心接收功率需求，然后调度所有内部风机，分配其功率设定值，以满足电网功率需求。在过去的几年中，在风电控制领域已经有了许多控制策略，以改善风机负载条件并稳定功率输出。目前已有的风电场有功功率控制策略大都是开环控制策略，基础的有功控制策略为，根据风电场预测的场级有功可发功率，向上级网调发送可发功率，上级网调在此基础上选择风场为自由发电模式或限电模式，限电模式下给出功率设定值，风场根据设定值与可发功率的比值，等比例的设置场内...
【技术保护点】
1.一种风电场闭环PI控制器参数整定方法,其特征在于，包括以下步骤：/n获取风电场内单台风电机组的单机特性模型；/n获取风电场内每一台风电机组的单机特性模型，通过对风电场内风电机组的单机特性模型基于迭代计算的近似策略来获取风电场的有功动态等效模型；/n对风电场的有功动态等效模型进行扰动分析；/n根据风电场的有功动态等效模型的扰动分析计算PI控制器参数；/n根据风电场的设定值偏差进行自适应PI控制器改进。/n
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种风电场闭环PI控制器参数整定方法,其特征在于，包括以下步骤：
获取风电场内单台风电机组的单机特性模型；
获取风电场内每一台风电机组的单机特性模型，通过对风电场内风电机组的单机特性模型基于迭代计算的近似策略来获取风电场的有功动态等效模型；
对风电场的有功动态等效模型进行扰动分析；
根据风电场的有功动态等效模型的扰动分析计算PI控制器参数；
根据风电场的设定值偏差进行自适应PI控制器改进。
2.根据权利要求1所述的一种风电场闭环PI控制器参数整定方法，其特征在于，通过给定单台风电机组输入值，获取单台风电机组对应于输入值的功率输出信号，并基于输入值与输出信号对单台风力发电系统的功率跟踪特性进行辨识获取该单台风电机组的单机特性模型。
3.根据权利要求2所述的一种风电场闭环PI控制器参数整定方法，其特征在于，输入值覆盖该单台风电机组运行的绝大部分工况点。
4.根据权利要求3所述的一种风电场闭环PI控制器参数整定方法，其特征在于，输入值为一组提前设定的阶梯变换指令的功率值序列。
5.根据权利要求2所述的一种风电场闭环PI控制器参数整定方法，其特征在于，相应的功率输出信号通过在一定的频率下，基于持续输入的输入值，根据香农采样定理进行频率采样获取。
6.根据权利要求5所述的一种风电场闭环PI控制器参数整定方法，其特征在于，得到的单机特性模型为一阶惯性传递函数形式。
7.根据权利要求6所述的一种风电场闭环PI控制器参数整定方法，其特征在于，得到的单机特性模型的一阶传递函数为：
其中：Ti为待辨识的参数。
8.根据权利要求1所述的一种风电场闭环PI控制器参数整定方法，其特征在于，获取风电场内每一风机的单机特性模型之后，根据迭代递归的计算思想实现对风电场的等值建模。
9.根据权利要求8所述的一种风电场闭环PI控制器参数整定方法，其特征在于，风电场的等值建模方法为：
统计风电场的风电机组总数为m，并设定未知数a,b,n,i，赋值n＝1,i＝1；
取第i台风电机组的功率跟踪模型，将其功率跟踪模型的惯性时间常数赋值给a，即a＝Ti；
取第i+1台风电机组的功率跟踪模型，将其功率跟踪模型的惯性时间常数赋值给b，即b＝Ti+1；
对a赋予新的值，其计算公式为：
并检测i与m的关系：
若i<m，则
对n赋予新的值，其计算公式为：
n＝n+1
对i赋予新的值，其计算公式为：
i＝i+1
对b赋予新的值，即b＝Ti+1
对a赋予新的值，其计算公式为：
并继续检测i与m的关系；
若i＝m，则得到风电场的功率跟踪模型：
10.根据权利要求1所述的一种风电场闭环PI控制器参数整定方法，其特征在于，对风电场等效模型进行扰动分析的方法为根据风电场等效模型将自然风湍流等因素造成的功率波动作为扰动从输出中分类出来，对扰动对应的扰动信号进行频域分析。
11.根据权利要求10所述的一种风电场闭环PI控制器参数整定方法，其特征在于，扰动信号频域的分析方法为：
将风电场做为被控对象，对风电场输入设定的功率序列值进行输出功率特性测试，测试输出记为Ptset，对风电场等效模型输入设定的功率序列值进行输出功率特性测试，测试输出记为Pout；
将风电场等效模型的功率跟踪误差作为风场扰动对应的扰动信号：
D＝Ptest-Pout
其中，D——扰动信号；
Pout——风电场等效模型的输出功率；
Ptest——风电场的功率输出值；
将扰动信号D通过快速傅立叶变换(FFT)方法在频域中进行分析，获取扰动信号的频域分布特性：
其中，f(t)——扰动信号D的函数；
F(ω)——f(t)的象函数，即扰动信号D函数的傅里叶变换。
12.根据权利要求1所述的一种风电场闭环PI控制器参数整定方法，其特征在于，根据风电场等效模型的扰动分析计算PI控制器参数，设定PI控制器的待整定参数分别为kp和ki，其中kp为比例系数，ki为积分系数；以扰动信号D频域分布纵坐标最大值为参考，沿横坐标递增，寻找与其最大值1％的值相等的，或最为接近的小于其1％值得点，记下其横坐标频率，该点记为x；计算积分系数ki和比例系数kp的公式分别为：
ki＝a×[x×(1+C)]2
kp＝2aξ×(1+C)x-1
其中，x——为扰动边界横坐标；
C——为松弛系数；
ξ——为阻尼比
a——风电场功率跟踪惯性时间常数。
13.根据权利要求12所述的一种风电场闭环PI控制器参数整定方法，其特征在于，风电场阻尼比为ξ＝0.05，频率抑制松弛系数为C＝0.2。
14.根据权利要求1所述的一种风电场闭环PI控制器参数整定方法，其特征在于，根据风电场的设定值偏差进行自适应PI控制器改进的方法为，分别计算风电场的总装机容量Ptotal、前一设定周期的风电场功率设定值P-)、和当前时刻的风电场功率设定值P0；
计算当前设定值变化条件下的积分变化时间tc，计算公式为：
其中，tba5e为积分变化时间基准；
与当前时间的最近的设定周期开始时刻为t0，当前时刻为t，当t-t0≤tc时，自适应PI控制器为如下形式：
技术研发人员：李庚达，段震清，陈保卫，林忠伟，陈振宇，王昕，梁凌，李雄威，刘淼，
申请(专利权)人：国电新能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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