一种风电机组偏航控制动态优化方法、系统、终端及介质技术方案

本发明专利技术涉及风电机组控制技术领域，公开了一种风电机组偏航控制动态优化方法、系统、终端及介质，根据风电机组历史运行数据，通过智能算法寻优，在固定的周期内对偏航阈值与延迟时间进行更新迭代，以实现更高精度的偏航控制过程，降低优化改造的成本，并提高偏航控制的自适应性。本发明专利技术可根据风电机组实际运行环境，在一定周期内进行偏航控制器参数更新迭代；通过将优化求解过程部署在风电场实现周期性自动化启动计算，实现了偏航控制优化可以每隔一定的周期采集短时间内的历史运行数据，将优化结果更新迭代，大大提高了机组偏航控制的自适应性。自适应性。自适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组偏航控制动态优化方法、系统、终端及介质


[0001]本专利技术涉及风电机组控制
，具体为一种风电机组偏航控制动态优化方法、系统、终端及介质。

技术介绍

[0002]自然界中的风资源虽然是源源不断的，但是也具有波动性、随机性。因此需要对风机与风场调度施加一定的控制，从而提高了机组的发电效率，进而实现风资源的高效利用。风电机组的控制以提高风电机组单机性能为目标，其中就包括现最大风能转换效率的偏航控制。通常情况下，风电机组的偏航控制由一组特定的控制参数进行控制，即偏航控制阈值与偏航控制延迟时间。其控制原理为，当入流风向与当前机组机舱位置的偏差角度大于偏航控制阈值时并持续时间超过偏航控制延迟时间以后，风电机组启动偏航控制，进行偏航对风，这也是目前市场上绝大多数风电机组偏航控制的策略。风电机组的偏航控制是一种典型的开环控制，一旦风电机组的偏航误差满足了偏航控制的启动条件，偏航控制器向偏航执行系统下达指令后，偏航执行电机开始执行动作，直到满足偏航控制停止条件后，偏航控制结束，期间主控系统不能对偏航执行过程产生任何影响，因此偏航控制不存在动态调节的过程。也正是这一特点，导致现有的风电机组偏航控制策略往往都存在着控制精度差、鲁棒性差以及自适应性不强的缺陷，这些缺陷也成为偏航控制优化的重点研究对象。
[0003]风电机组偏航控制系统的优化方法繁多，其优化的最终目标都是通过提升机组对风的精确度来提高发电量。常见的偏航控制优化方法中，比如偏航校正方法，通过更换高精度的风况测量装置，与机舱式激光雷达等，提高风速与风向测量的精准度。同时，根据风电机组的历史运行数据，挖掘统计出机组的固有偏航误差并校正偏差值，实现对风精确度的提升；其次，将风向预测引入偏航控制优化也是一种有效的优化方法，通过对风向的预测，实现提前偏航，可以减少因偏航误差而带来的发电量损失；除此之外，根据不同的风速区间，对偏航控制的参数，即偏航阈值与偏航延迟时间进行优化整定，也可以在一定程度上提高机组的偏航对风效率，降低机组弃风率。
[0004]上述方法中，利用激光雷达等高精度测风仪器进行偏航校正的方法，虽然行之有效，但是通常成本昂贵，很难实现在风电场的每一台风机上都安装激光雷达等测风装置，因此大多数情况只能选取典型机组做优化校正，之后应用于其他机组。这样一方面可能会出现校正值在其他机组上适配性不高，进而导致偏航校正效果不佳甚至出现反效果；另一方面，基于历史数据的校正通常选取的是机组一段时间的运行数据进行偏航误差挖掘，校正值没有更新迭代，这会导致该优化方法在更长的时间尺度上控制精度下降。而引入风速风向预测的偏航控制优化，由于控制效果很大程度上受风速风向预测精确度的影响，而现今的风速风向预测技术尚无法做到在特定范围内做出高精确度的预测，因此这种偏航优化方法更多停留在理论层面，很难在实际工程中应用。风电机组的偏航控制受机组实际运行时入流风复杂多变的影响，往往偏航控制具有自适应性差的缺点，加之不同地域风况条件差异较大，机组出场时设置的偏航控制参数在不同的运行环境中控制效果也不尽相同，因此
对机组的偏航控制进行有针对性地优化是具有工程意义的。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种风电机组偏航控制动态优化方法、系统、终端及介质，以解决现有技术无法对每台风机进行优化校正，适配性不高，偏航校正效果不佳以及历史数据校正存在误差，影响校正精确度的技术问题。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种风电机组偏航控制动态优化方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1，建立风电机组线性化模型，并根据风电机组结构参数得到机组线性化状态空间表达式，将风速、桨距角与发电机额定转矩为输入，功率、发电机转矩为输出；
[0009]步骤2，通过风电机组线性化模型拟合风向偏差对功率影响的系数，并对风电机组线性化模型输出的功率进行修正；
[0010]步骤3，利用偏航控制算法对修正后的风电机组线性化模型输出的功率计算出在该风况输入下机组的偏航控制过程与功率输出；
[0011]步骤4，建立多以提升等效发电量并限制偏航执行次数大幅增加的多目标优化求解问题，构建最小值优化问题，利用帕累托最优理论寻求帕累托最优解模型；
[0012]步骤5，服务器内存储若干帕累托最优求解模型，其中每个帕累托最优求解模型对应风电场的一台风电机组，设定数据优化周期，建立优化求解服务器与风电场SCADA数据库以及风电机组主控间的通讯，用于服务器采集到SCADA数据库中的历史数据，并且优化求解算法计算出的新的阈值与延迟时间，更新至对应风电机组的主控系统中，完成风电机组偏航控制动态优化工作。
[0013]优选的，步骤1中，根据风电机组结构参数得到机组线性化状态空间表达式，公式如下：
[0014][0015]其中A为系统状态系数矩阵，B为系统控制系数矩阵，C为输出状态系数矩阵，D为输出控制系数矩阵，x，u，y均为向量，其中u为输入向量，包括风速、额定转矩与桨距角，y为输出向量，包括功率与发电机转速；x与x分别为系统当前时刻状态与下一时刻状态。
[0016]优选的，步骤2中，风电机组线性化模型拟合风向偏差对功率影响的系数，具体过程如下：
[0017]设定风电机组的风能捕获效率为P，风电机组的偏航误差角度为θ，则风能捕获效率的公式如下：
[0018][0019]其中：P为机组捕获的风能，单位：W；ρ为空气密度，单位：kg/m3；R为风电机组叶轮的半径，单位：m；V为入流风速，单位：m/s；θ为偏航误差角度，单位：rad；n为待定系数；
[0020]其中，风电机组捕获的风能转化为有功功率的过程中产生的能量损耗记为P
损
，则机组的实发有功功率为：P
有功
＝P
‑
P
损
；
[0021]其中，当偏航误差为θ时：
[0022]P
有功
＝P0·
Cos
n
θ
[0023]其中，P0为偏航误差为0
°
时风电机组的有功功率；
[0024]根据采集的风电机组scada中记录的偏航误差序列与有功功率，采用最小二乘法或傅里叶级数逼近法拟合曲线，确定待定系数n的值。
[0025]优选的，步骤3中，利用python或C++编写偏航控制算法对修正后的风电机组线性化模型输出的功率计算出在该风况输入下机组的偏航控制过程与功率输出，其中偏航控制过程由风电机组的机舱绝对方位角与偏航标志位表示；偏航标志位为一列数字信号，当偏航电机为启动时，设置偏航标志位为0，当偏航电机执行偏航控制动作时，偏航标志位为1；通过统计偏航标志位被触发的次数，统计该时间段内的偏航执行次数。
[0026]优选的，步骤4中，构建最小值优化问题公式如下：
[0027][0028]其中，f1、f2代表负等效发电量与偏航执行次数相对于阈值与延迟时间的映射关系；x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电机组偏航控制动态优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立风电机组线性化模型，并根据风电机组结构参数得到机组线性化状态空间表达式，将风速、桨距角与发电机额定转矩为输入，功率、发电机转矩为输出；步骤2，通过风电机组线性化模型拟合风向偏差对功率影响的系数，并对风电机组线性化模型输出的功率进行修正；步骤3，利用偏航控制算法对修正后的风电机组线性化模型输出的功率计算出在该风况输入下机组的偏航控制过程与功率输出；步骤4，建立多以提升等效发电量并限制偏航执行次数大幅增加的多目标优化求解问题，构建最小值优化问题，利用帕累托最优理论寻求帕累托最优解模型；步骤5，服务器内存储若干帕累托最优求解模型，其中每个帕累托最优求解模型对应风电场的一台风电机组，设定数据优化周期，建立优化求解服务器与风电场SCADA数据库以及风电机组主控间的通讯，用于服务器采集到SCADA数据库中的历史数据，并且优化求解算法计算出的新的阈值与延迟时间，更新至对应风电机组的主控系统中，完成风电机组偏航控制动态优化工作。2.根据权利要求1所述的一种风电机组偏航控制动态优化方法，其特征在于，步骤1中，根据风电机组结构参数得到机组线性化状态空间表达式，公式如下：其中A为系统状态系数矩阵，B为系统控制系数矩阵，C为输出状态系数矩阵，D为输出控制系数矩阵，x，u，y均为向量，其中u为输入向量，包括风速、额定转矩与桨距角，y为输出向量，包括功率与发电机转速；x与分别为系统当前时刻状态与下一时刻状态。3.根据权利要求1所述的一种风电机组偏航控制动态优化方法，其特征在于，步骤2中，风电机组线性化模型拟合风向偏差对功率影响的系数，具体过程如下：设定风电机组的风能捕获效率为P，风电机组的偏航误差角度为θ，则风能捕获效率的公式如下：其中：P为机组捕获的风能，单位：W；ρ为空气密度，单位：kg/m3；R为风电机组叶轮的半径，单位：m；V为入流风速，单位：m/s；θ为偏航误差角度，单位：rad；n为待定系数；其中，风电机组捕获的风能转化为有功功率的过程中产生的能量损耗记为P
损
，则机组的实发有功功率为：P
有功
＝P
‑
P
损
；其中，当偏航误差为θ时：P
有功
＝P0·
cos
n
θ其中，P0为偏航误差为0
°
时风电机组的有功功率；根据采集的风电机组scada中记录的偏航误差序列与有功功率，采用最小二乘法或傅里叶级数逼近法拟合曲线，确定待定系数n的值。4.根据权利要求1所述的一种风电机组偏航控制动态优化方法，其特征在于，步骤3中，
利用python或C++编写偏航控制算法对修正后的风电机组线性化模型输出的功率计算出在该风况输入下机组的偏航控制过程与功率输出，其中偏航控制过程由风电机组的机舱绝对方位角与偏航标志位表示；偏航标志位为一列数字信号，当偏航电机为启动时，设置偏航标志位为0，当偏航电机执行偏航控制动作时，偏航标志位为1；通过统计偏航标志位被触发的次数，统计该时间段内的偏航执行次数。5.根据权利要求1所述的一种风电机组偏航控制动态优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王传玺，焦强强，党学涛，李勇，吴永华，许小强，郭锋，张俊杰，邬炯，
申请(专利权)人：华能陕西定边电力有限公司，
类型：发明
国别省市：