一種機(jī)組間偏航和有功功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場增效方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機(jī)組間偏航和有功功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場增效方法，首先根據(jù)平均風(fēng)向?qū)L(fēng)電場劃分為多個機(jī)群；然后建立尾流模型和機(jī)群有功功率模型；接著取相同風(fēng)況下機(jī)群上一次運(yùn)行策略作為本次優(yōu)化的起點(diǎn)，仿真各機(jī)組取不同偏航角、誘導(dǎo)因子時機(jī)群的有功功率，記錄使機(jī)群有功功率增大的參數(shù)組合，直到本次優(yōu)化結(jié)束，存儲風(fēng)速、風(fēng)向和最近一次記錄的偏航角、誘導(dǎo)因子，供下次優(yōu)化使用；最后將優(yōu)化結(jié)果整定為機(jī)組參考有功功率和參考偏航角，下發(fā)到各機(jī)組。本發(fā)明提出的算法計算量較低，且能有效繼承歷史優(yōu)化結(jié)果，能以較低的計算開銷實現(xiàn)優(yōu)化控制；一個控制周期調(diào)度一次偏航角，以較低的控制代價實現(xiàn)偏航和功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場有功功率優(yōu)化。
【專利說明】
一種機(jī)組間偏航和有功功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場増效方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種風(fēng)電場有功功率優(yōu)化方法，特別涉及一種機(jī)組間偏航和有功功率 綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場增效方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 提升風(fēng)電場有功功率、增加發(fā)電收益，一直以來是風(fēng)電業(yè)界關(guān)心的核心問題之一， 對風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展有重要價值。
[0003] 傳統(tǒng)上，為提升風(fēng)電場有功功率，普遍采用單臺風(fēng)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲策略，根據(jù) 風(fēng)況動態(tài)調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組槳距角、轉(zhuǎn)速以追蹤最佳的風(fēng)能利用系數(shù)，使單臺機(jī)組有功功率最 大。但由于尾流效應(yīng)(wake effect)，單臺機(jī)組最大風(fēng)能捕獲將導(dǎo)致上風(fēng)向機(jī)組吸收過多的 風(fēng)能，下風(fēng)向機(jī)組平均風(fēng)速降低，可用功率小，并不能實現(xiàn)風(fēng)電場各機(jī)組有功功率之和最 大。
[0004] 近年來，業(yè)界展開了基于尾流效應(yīng)的風(fēng)電場有功功率優(yōu)化研究。現(xiàn)有研究主要集 中在通過協(xié)調(diào)風(fēng)電機(jī)組的槳距角、機(jī)組轉(zhuǎn)速，協(xié)調(diào)各機(jī)組捕獲的風(fēng)能，從而調(diào)節(jié)風(fēng)電場內(nèi)尾 流分布，改善機(jī)組間氣動耦合，優(yōu)化風(fēng)電場有功功率，已有相關(guān)產(chǎn)品投入使用，取得較好的 效果。事實上，風(fēng)電機(jī)組偏航角對尾流的流向、強(qiáng)度均有影響，協(xié)調(diào)各機(jī)組的偏航角，可以優(yōu) 化風(fēng)電場有功功率。但現(xiàn)有研究中，普遍將偏航協(xié)調(diào)作為獨(dú)立方案，很少與機(jī)組槳距角、機(jī) 組轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)綜合運(yùn)用，對風(fēng)電場有功功率提升幅度有限，即使有個別強(qiáng)調(diào)上述技術(shù)綜合應(yīng) 用的研究，其計算開銷較大，難以與風(fēng)電場現(xiàn)有有功功率控制系統(tǒng)硬件資源相容，需要額外 部署系統(tǒng)，工程費(fèi)用和工程難度較大，并且，會引起偏航系統(tǒng)頻繁動作，導(dǎo)致偏航系統(tǒng)消耗 功率大、磨損大，限制了其工程應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種成本低的機(jī)組間偏航和有功功率綜合協(xié) 調(diào)的風(fēng)電場增效方法。
[0006] 本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是:一種機(jī)組間偏航和有功功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電 場增效方法，包括以下步驟：
[0007] A.將風(fēng)電場0-15分鐘的預(yù)測風(fēng)速、預(yù)測風(fēng)向的平均值按四舍五入整數(shù)化，形成平 均風(fēng)速和平均風(fēng)向，根據(jù)平均風(fēng)向?qū)L(fēng)電場劃分為多個機(jī)群；
[0008] B.建立考慮機(jī)組偏航影響的尾流模型和機(jī)群有功功率模型；
[0009] C.取相同風(fēng)況下機(jī)群上一次運(yùn)行策略作為本次優(yōu)化的起點(diǎn)，仿真各機(jī)組取不同偏 航角、誘導(dǎo)因子時機(jī)群的有功功率，記錄使機(jī)群有功功率增大的參數(shù)組合，直到本次優(yōu)化結(jié) 束;存儲風(fēng)速、風(fēng)向和最近一次記錄的偏航角、誘導(dǎo)因子，供下次優(yōu)化使用；
[0010] D.將優(yōu)化結(jié)果整定為機(jī)組參考有功功率和參考偏航角，下發(fā)到各機(jī)組。
[0011] 上述機(jī)組間偏航和有功功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場增效方法，所述步驟A具體包括以 下步驟：
[0012] A-1)從風(fēng)電場風(fēng)速、風(fēng)向預(yù)測系統(tǒng)取風(fēng)電場0-15分鐘的預(yù)測風(fēng)速、預(yù)測風(fēng)向，分別 求取其平均值，并通過四舍五入原則轉(zhuǎn)化為整數(shù)，分別形成平均風(fēng)向β、平均風(fēng)速
[0013] Α-2)將風(fēng)電場中，平均風(fēng)向首先流經(jīng)的機(jī)組，確定為風(fēng)電場邊界迎風(fēng)機(jī)組；
[0014] Α-3)以風(fēng)電場邊界迎風(fēng)機(jī)組為起點(diǎn)，根據(jù)平均風(fēng)向，依次找出各機(jī)組的尾流耦合 機(jī)組，沿著平均風(fēng)向方向，形成尾流耦合機(jī)組序列，該序列就是所劃分的一個機(jī)群；即：如果 機(jī)組1是風(fēng)電場邊界迎風(fēng)機(jī)組，機(jī)組2是機(jī)組1的尾流耦合機(jī)組，機(jī)組3是機(jī)組2的尾流耦合機(jī) 組，則機(jī)組1、機(jī)組2、機(jī)組3劃分在同一個機(jī)群;尾流耦合機(jī)組的確定方法是:過任意機(jī)組，作 平均風(fēng)向方向的直線，在下風(fēng)向，以該直線方向為參考零度線，作覆蓋-22.5度到22.5度的 扇區(qū)，扇區(qū)內(nèi)與該機(jī)組距離最短的機(jī)組，確定為該機(jī)組的尾流耦合機(jī)組。
[0015] 上述基于偏航和功率綜合協(xié)調(diào)的提升風(fēng)電場有功功率的方法，所述步驟Β中，考慮 機(jī)組偏航影響的尾流模型如式(1)-式(5)描述，機(jī)群有功功率模型如式(6)_式(7)描述：
[0023] b是機(jī)組j與它的尾流耦合機(jī)組之間的距離;的是機(jī)組j和它的尾流耦合機(jī)組連線 與正南方向的夾角；4是L廟尾流方向的投影;^是L廟尾流垂直方向的投影; ai ,?分別是 機(jī)組i，機(jī)組j的誘導(dǎo)因子;^是機(jī)組j偏航角偏離平均風(fēng)向的角度;是機(jī)組j的尾流在其尾 流親合機(jī)組處的風(fēng)損;exp (X)表示ex，X為數(shù)值或結(jié)構(gòu)式;Dj是機(jī)組j的葉輪直徑;νο是風(fēng)電場 預(yù)測風(fēng)速；σ是單側(cè)尾流初始寬度，取機(jī)組葉輪直徑的一半；μ是尾流寬度增加速率，取值 0.04; Vl，Vj分別是機(jī)組i，機(jī)組j的輸入風(fēng)速;式(4)中，機(jī)組i是機(jī)組j的尾流耦合機(jī)組;Η是機(jī) 組i所屬的機(jī)群中，機(jī)組i的上風(fēng)向機(jī)組集合;Ρ:是機(jī)組i的有功功率;仏是機(jī)組i的葉輪掃風(fēng) 面積;？@_是機(jī)群有功功率，即是機(jī)組i所在的機(jī)群的所有機(jī)組有功功率之和;N是機(jī)群機(jī)組 的臺數(shù);P表示空氣密度。
[0024] 上述機(jī)組間偏航和有功功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場增效方法中，所述步驟C具體包括 如下步驟：
[0025] C-1)初始化:取相同風(fēng)速、風(fēng)向環(huán)境下，風(fēng)電機(jī)群上一次運(yùn)行策略，作為本次優(yōu)化 的起點(diǎn)，包括如下步驟：
[0026] C-1-1)根據(jù)平均風(fēng)速、平均風(fēng)向組合，取與之對應(yīng)的風(fēng)電機(jī)群各機(jī)組上一次運(yùn)行 所采用的偏航角5^(0)、誘導(dǎo)因子^(0)，如果存儲系統(tǒng)沒有相應(yīng)參數(shù)，則初始化為單機(jī)最大 風(fēng)能捕獲，即取5?(〇)為β，^(0)為1/3,用t表示第t次迭代，將t初始化為1，計算風(fēng)電機(jī)群有 功功率，即：
[0029 ]其中，j取值遍歷1到N間的所有自然數(shù)，將式(9)得到的結(jié)果代入式（1)_式⑴求出 Pgroup，令P group (1 ) = Pgroup，并令
[0031]其中，yXthaKt)分別表示第t次迭代中，機(jī)組偏航角、誘導(dǎo)因子的取值;Pgr_(t) 是第t次優(yōu)化中?@_的取值;是優(yōu)化的風(fēng)電場有功功率；
[0032] C-1-2)更新迭代次數(shù)t = t+l;
[0033] C-2)策略選擇:第t次迭代中，按概率選擇機(jī)群中各機(jī)組的偏航角、誘導(dǎo)因子，其方 法是：
[0036]其中，j取值遍歷1到N間的所有自然數(shù);η是概率;R1 j是在[β-30°，β+30° ]區(qū)間均勻 分布的隨機(jī)數(shù)中隨機(jī)取得的數(shù);R2」是在[0，1/3]區(qū)間均勻分布的隨機(jī)數(shù)中隨機(jī)取得的數(shù)； [0037] C-3)策略更新，包括如下步驟：
[0038] C-3-1)計算第t次迭代的機(jī)群有功功率，分別用<￥，〃暫存機(jī)組誘導(dǎo)因子，偏 航角，
[0041] 將式(14)得到的結(jié)果代入式(1)-式⑴計算得到PgrQUp，令Pgrciup(t)=P grciup;
[0042] C-3-2)更新控制參數(shù)，如果胃，則令

[0046] j取值遍歷1到N間的所有自然數(shù)；
[0047] C-4)優(yōu)化結(jié)束條件判斷與優(yōu)化策略存儲，包括如下步驟：
[0048] C-4-1)如果連續(xù)500次迭代優(yōu)化，風(fēng)電機(jī)群有功功率提升總量少于機(jī)群各機(jī)組額 定功率總量的〇 . 〇 1 %，令aj (0) = aj，yj (0) = yj，并存儲本輪優(yōu)化參數(shù)組合(β，v〇.,aj (0)，yj (〇))，供下次優(yōu)化使用，退出有功功率優(yōu)化;否則執(zhí)行C-4-2);
[0049] C-4-2)如果t〈tmax，令t = t+l，跳轉(zhuǎn)到C-2)繼續(xù)執(zhí)行優(yōu)化;否則執(zhí)行C-4-3);
[0050] 〇4_3)如果1:21:應(yīng)，令3」(〇)=3」，7」(〇)=7」，并存儲(0，1，(）內(nèi)(〇)，7」(〇))供下次 優(yōu)化使用，退出有功功率優(yōu)化；
[0051 ]其中tmax是最大迭代次數(shù)；
[0052] j取值遍歷1到N間的所有自然數(shù)。
[0053]上述機(jī)組間偏航和有功功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場增效方法，所述步驟D具體包括如 下步驟：
[0054] D-1)計算機(jī)組參考功率，取C-4)中得到的aj(0)，yj(0)，并令aj = aj(0)，yj = yj(0)， 根據(jù)式(6)計算各機(jī)組的有功功率，并將其設(shè)為對應(yīng)機(jī)組的參考有功功率；
[0055] D-2)取β，yj(0)，并將β+yj (0)的計算結(jié)果設(shè)定為對應(yīng)機(jī)組的參考偏航角；
[0056] D-3)基于風(fēng)電場有功功率控制系統(tǒng)，將各機(jī)組的參考有功功率和參考偏航角下發(fā) 到各機(jī)組，各機(jī)組據(jù)此運(yùn)行。
[0057] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明首先根據(jù)平均風(fēng)向?qū)L(fēng)電場劃分為多個機(jī)群;然 后建立尾流模型和機(jī)群有功功率模型;接著取相同風(fēng)況下機(jī)群上一次運(yùn)行策略作為本次優(yōu) 化的起點(diǎn)，仿真各機(jī)組取不同偏航角、誘導(dǎo)因子時機(jī)群的有功功率，記錄使機(jī)群有功功率增 大的參數(shù)組合，直到本次優(yōu)化結(jié)束，存儲風(fēng)速、風(fēng)向和最近一次記錄的偏航角、誘導(dǎo)因子，供 下次優(yōu)化使用;最后將優(yōu)化結(jié)果整定為機(jī)組參考有功功率和參考偏航角，下發(fā)到各機(jī)組。由 于提出的算法計算量較低，并且能有效繼承歷史優(yōu)化結(jié)果，可以用較低的計算開銷實現(xiàn)優(yōu) 化控制，使用該方法不需要額外投資硬件;一個控制周期調(diào)度一次偏航角，能有效降低偏航 驅(qū)動的能量開銷，降低偏航磨損，以較低的控制代價實現(xiàn)偏航和功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場有 功功率優(yōu)化，增加風(fēng)電場收益。
【附圖說明】
[0058]圖1為本發(fā)明的總流程圖。
[0059]圖2為本發(fā)明考慮偏航影響的尾流模型圖。
[0060] 圖3是本發(fā)明的優(yōu)化策略流程圖。
【具體實施方式】
[0061] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0062] 如圖1所示，本發(fā)明公開了一種機(jī)組間偏航和有功功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場增效方 法，包括以下步驟：
[0063]步驟A.將風(fēng)電場0-15分鐘的預(yù)測風(fēng)速、預(yù)測風(fēng)向的平均值按四舍五入整數(shù)化，形 成平均風(fēng)速和平均風(fēng)向，根據(jù)平均風(fēng)向?qū)L(fēng)電場劃分為多個機(jī)群；
[0064]步驟A具體包括以下步驟：
[0065] A-1)從風(fēng)電場風(fēng)速、風(fēng)向預(yù)測系統(tǒng)取風(fēng)電場0-15分鐘的預(yù)測風(fēng)速、預(yù)測風(fēng)向，分別 求取其平均值，并通過四舍五入原則轉(zhuǎn)化為整數(shù)，分別形成平均風(fēng)向β、平均風(fēng)速
[0066] Α-2)將風(fēng)電場中，平均風(fēng)向首先流經(jīng)的機(jī)組，確定為風(fēng)電場邊界迎風(fēng)機(jī)組；
[0067] Α-3)以風(fēng)電場邊界迎風(fēng)機(jī)組為起點(diǎn)，根據(jù)平均風(fēng)向，依次找出各機(jī)組的尾流耦合 機(jī)組，沿著平均風(fēng)向方向，形成尾流耦合機(jī)組序列，該序列就是所劃分的一個機(jī)群；即：如果 機(jī)組1是風(fēng)電場邊界迎風(fēng)機(jī)組，機(jī)組2是機(jī)組1的尾流耦合機(jī)組，機(jī)組3是機(jī)組2的尾流耦合機(jī) 組，則機(jī)組1、機(jī)組2、機(jī)組3劃分在同一個機(jī)群;尾流耦合機(jī)組的確定方法是:過任意機(jī)組，作 平均風(fēng)向方向的直線，在下風(fēng)向，以該直線方向為參考零度線，作覆蓋-22.5度到22.5度的 扇區(qū)，扇區(qū)內(nèi)與該機(jī)組距離最短的機(jī)組，確定為該機(jī)組的尾流耦合機(jī)組。
[0068] 步驟Β.建立考慮機(jī)組偏航影響的尾流模型和機(jī)群有功功率模型；
[0069] 結(jié)合圖2,步驟Β中，考慮機(jī)組偏航影響的尾流模型如式（1)-式(5)描述，機(jī)群有功 功率模型如式(6)-式(7)描述：
[0077] b是機(jī)組j與它的尾流耦合機(jī)組之間的距離;的是機(jī)組j和它的尾流耦合機(jī)組連線 與正南方向的夾角；4是L座尾流方向的投影;是L廟尾流垂直方向的投影;ai，aj分別是 機(jī)組i，機(jī)組j的誘導(dǎo)因子;^是機(jī)組j偏航角偏離平均風(fēng)向的角度;是機(jī)組j的尾流在其尾 流親合機(jī)組處的風(fēng)損;exp (X)表示ex，X為數(shù)值或結(jié)構(gòu)式;Dj是機(jī)組j的葉輪直徑;νο是風(fēng)電場 預(yù)測風(fēng)速;σ是單側(cè)尾流初始寬度，一般取機(jī)組葉輪直徑的一半;μ是尾流寬度增加速率，它 取決于風(fēng)電場環(huán)境，平坦地形一般取值0.04; Vl，巧分別是機(jī)組i，機(jī)組j的輸入風(fēng)速;式(4) 中，機(jī)組i是機(jī)組j的尾流耦合機(jī)組;Η是機(jī)組i所屬的機(jī)群中，機(jī)組i的上風(fēng)向機(jī)組集合;？ 1是 機(jī)組i的有功功率;Ai是機(jī)組i的葉輪掃風(fēng)面積;？#_是機(jī)群有功功率，即是機(jī)組i所在的機(jī) 群的所有機(jī)組有功功率之和;N是機(jī)群機(jī)組的臺數(shù);P表示空氣密度。
[0078]步驟C.取相同風(fēng)況下機(jī)群上一次運(yùn)行策略作為本次優(yōu)化的起點(diǎn)，仿真各機(jī)組取不 同偏航角、誘導(dǎo)因子時機(jī)群的有功功率，記錄使機(jī)群有功功率增大的參數(shù)組合，直到本次優(yōu) 化結(jié)束;存儲風(fēng)速、風(fēng)向和最近一次記錄的偏航角、誘導(dǎo)因子，供下次優(yōu)化使用；
[0079]結(jié)合圖3,步驟C具體包括如下步驟：
[0080] C-1)初始化:取相同風(fēng)速、風(fēng)向環(huán)境下，風(fēng)電機(jī)群上一次運(yùn)行策略，作為本次優(yōu)化 的起點(diǎn)，包括如下步驟：
[0081] C-1-1)根據(jù)平均風(fēng)速、平均風(fēng)向組合，取與之對應(yīng)的風(fēng)電機(jī)群各機(jī)組上一次運(yùn)行 所采用的偏航角5^(0)、誘導(dǎo)因子^(0)，如果存儲系統(tǒng)沒有相應(yīng)參數(shù)，則初始化為單機(jī)最大 風(fēng)能捕獲，即取5?(〇)為β，^(0)為1/3,用t表示第t次迭代，將t初始化為1，計算風(fēng)電機(jī)群有 功功率，即：
[0084] 其中，j取值遍歷1到N間的所有自然數(shù)，將式(9)得到的結(jié)果代入式（1)_式⑴求出 Pgroup，令P group (1 ) = Pgroup，并令
[0085] P二;;：Pgr-m (10)
[0086] 其中，yXthaKt)分別表示第t次迭代中，機(jī)組偏航角、誘導(dǎo)因子的取值;Pgr_(t) 是第t次優(yōu)化中?@_的取值;/丨=是優(yōu)化的風(fēng)電場有功功率；
[0087] C-1-2)更新迭代次數(shù)t = t+l;
[0088] C-2)策略選擇:第t次迭代中，按概率選擇機(jī)群中各機(jī)組的偏航角、誘導(dǎo)因子，其方 法是：
[0091]其中，j取值遍歷1到N間的所有自然數(shù);η是概率;R1 j是在[β-30°，β+30° ]區(qū)間均勻 分布的隨機(jī)數(shù)中隨機(jī)取得的數(shù);R2」是在[0，1/3]區(qū)間均勻分布的隨機(jī)數(shù)中隨機(jī)取得的數(shù)； [0092] C-3)策略更新，包括如下步驟：
[0093] C-3-1)計算第t次迭代的機(jī)群有功功率，分別用af〃，.V廣>暫存機(jī)組誘導(dǎo)因子，偏 航角，
[0096]將式(14)得到的結(jié)果代入式(1)-式⑴計算得到PgrQUp，令Pgrciup(t)=P grciup;
[0097] C-3-2)更新控制參數(shù)，如果4胃(〇 ，則令
[0101 ] j取值遍歷1到N間的所有自然數(shù)；
[0102] C-4)優(yōu)化結(jié)束條件判斷與優(yōu)化策略存儲，包括如下步驟：
[0103] C-4-1)如果連續(xù)500次迭代優(yōu)化，風(fēng)電機(jī)群有功功率提升總量少于機(jī)群各機(jī)組額 定功率總量的〇.〇1%，令&」(〇)=3」，7」(〇)=7」，并存儲本輪優(yōu)化參數(shù)組合(0，4,3」(〇)，7」 (〇))，供下次優(yōu)化使用，退出有功功率優(yōu)化;否則執(zhí)行C-4-2);
[0104] C-4-2)如果t〈tmax，令t = t+l，跳轉(zhuǎn)到C-2)繼續(xù)執(zhí)行優(yōu)化;否則執(zhí)行C-4-3);
[0105] C-4-3)如果 t 2 tmax，令 aj(0)=aj，yj(0)=yj，并存儲(β, ν?，.aj(0)，yj(0))供下次 優(yōu)化使用，退出有功功率優(yōu)化；
[0106] 其中tmax是最大迭代次數(shù)；
[0107] j取值遍歷1到N間的所有自然數(shù)。
[0108] 步驟D將優(yōu)化結(jié)果整定為機(jī)組參考有功功率和參考偏航角，下發(fā)到各機(jī)組。
[0109] 步驟D具體包括如下步驟：
[0110] D-ι)計算機(jī)組參考功率，取C-4)中得到的aj(0)，yj(0)，并令aj = aj(0)，yj = yj(0)， 根據(jù)式(6)計算各機(jī)組的有功功率，并將其設(shè)為對應(yīng)機(jī)組的參考有功功率； D-2)取β，yj(0)，并將β+yj (0)的計算結(jié)果設(shè)定為對應(yīng)機(jī)組的參考偏航角；
[0112] D-3)基于風(fēng)電場有功功率控制系統(tǒng)，將各機(jī)組的參考有功功率和參考偏航角下發(fā) 到各機(jī)組，各機(jī)組據(jù)此運(yùn)行。
【主權(quán)項】
1. 一種機(jī)組間偏航和有功功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場增效方法，包括以下步驟： A. 將風(fēng)電場0-15分鐘的預(yù)測風(fēng)速、預(yù)測風(fēng)向的平均值按四舍五入整數(shù)化，形成平均風(fēng) 速和平均風(fēng)向，根據(jù)平均風(fēng)向?qū)L(fēng)電場劃分為多個機(jī)群； B. 建立考慮機(jī)組偏航影響的尾流模型和機(jī)群有功功率模型； C. 取相同風(fēng)況下機(jī)群上一次運(yùn)行策略作為本次優(yōu)化的起點(diǎn)，仿真各機(jī)組取不同偏航 角、誘導(dǎo)因子時機(jī)群的有功功率，記錄使機(jī)群有功功率增大的參數(shù)組合，直到本次優(yōu)化結(jié) 束;存儲風(fēng)速、風(fēng)向和最近一次記錄的偏航角、誘導(dǎo)因子，供下次優(yōu)化使用； D. 將優(yōu)化結(jié)果整定為機(jī)組參考有功功率和參考偏航角，下發(fā)到各機(jī)組。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)組間偏航和有功功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場增效方法，所述步 驟A具體包括以下步驟： A-1)從風(fēng)電場風(fēng)速、風(fēng)向預(yù)測系統(tǒng)取風(fēng)電場0-15分鐘的預(yù)測風(fēng)速、預(yù)測風(fēng)向，分別求取 其平均值，并通過四舍五入原則轉(zhuǎn)化為整數(shù)，分別形成平均風(fēng)向β、平均風(fēng)速 Α-2)將風(fēng)電場中，平均風(fēng)向首先流經(jīng)的機(jī)組，確定為風(fēng)電場邊界迎風(fēng)機(jī)組； Α-3)以風(fēng)電場邊界迎風(fēng)機(jī)組為起點(diǎn)，根據(jù)平均風(fēng)向，依次找出各機(jī)組的尾流耦合機(jī)組， 沿著平均風(fēng)向方向，形成尾流耦合機(jī)組序列，該序列就是所劃分的一個機(jī)群；即：如果機(jī)組1 是風(fēng)電場邊界迎風(fēng)機(jī)組，機(jī)組2是機(jī)組1的尾流耦合機(jī)組，機(jī)組3是機(jī)組2的尾流耦合機(jī)組，則 機(jī)組1、機(jī)組2、機(jī)組3劃分在同一個機(jī)群;尾流耦合機(jī)組的確定方法是:過任意機(jī)組，作平均 風(fēng)向方向的直線，在下風(fēng)向，以該直線方向為參考零度線，作覆蓋-22.5度到22.5度的扇區(qū)， 扇區(qū)內(nèi)與該機(jī)組距離最短的機(jī)組，確定為該機(jī)組的尾流耦合機(jī)組。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于偏航和功率綜合協(xié)調(diào)的提升風(fēng)電場有功功率的方法，所 述步驟Β中，考慮機(jī)組偏航影響的尾流模型如式（1)-式（5)描述，機(jī)群有功功率模型如式 (6)_式(7)描述：Lj是機(jī)組j與它的尾流耦合機(jī)組之間的距離;的是機(jī)組j和它的尾流耦合機(jī)組連線與正 南方向的夾角；4是LW1流方向的投影；A是k在尾流垂直方向的投影;ai，aj分別是機(jī)組 i，機(jī)組j的誘導(dǎo)因子;^是機(jī)組j偏航角偏離平均風(fēng)向的角度是機(jī)組j的尾流在其尾流耦 合機(jī)組處的風(fēng)損;expU)表示ex，x為數(shù)值或結(jié)構(gòu)式;D」是機(jī)組j的葉輪直徑;vo是風(fēng)電場預(yù)測 風(fēng)速;σ是單側(cè)尾流初始寬度，取機(jī)組葉輪直徑的一半;μ是尾流寬度增加速率，取值0.04; 分別是機(jī)組i，機(jī)組j的輸入風(fēng)速;式(4)中，機(jī)組i是機(jī)組j的尾流耦合機(jī)組;Η是機(jī)組i所 屬的機(jī)群中，機(jī)組i的上風(fēng)向機(jī)組集合;Ρ:是機(jī)組i的有功功率;仏是機(jī)組i的葉輪掃風(fēng)面積； ?#_是機(jī)群有功功率，即是機(jī)組i所在的機(jī)群的所有機(jī)組有功功率之和;N是機(jī)群機(jī)組的臺 數(shù);P表示空氣密度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)組間偏航和有功功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場增效方法，所述步 驟C具體包括如下步驟： C-1)初始化:取相同風(fēng)速、風(fēng)向環(huán)境下，風(fēng)電機(jī)群上一次運(yùn)行策略，作為本次優(yōu)化的起 點(diǎn)，包括如下步驟： C-1-1)根據(jù)平均風(fēng)速、平均風(fēng)向組合，取與之對應(yīng)的風(fēng)電機(jī)群各機(jī)組上一次運(yùn)行所采 用的偏航角5^(0)、誘導(dǎo)因子^(0)，如果存儲系統(tǒng)沒有相應(yīng)參數(shù)，則初始化為單機(jī)最大風(fēng)能 捕獲，即取5^(0)為β，3Χ〇)為1/3,用t表示第t次迭代，將t初始化為1，計算風(fēng)電機(jī)群有功功 率，即： ^ j. J其中，j取值遍歷1到N間的所有自然數(shù)，將式（9)得到的結(jié)果代入式（1)-式（7)求出 Pgroup，令P group (1 ) = Pgroup，并令其中，yXthaXt)分別表示第t次迭代中，機(jī)組偏航角、誘導(dǎo)因子的取值;Pgr_(t)是第t 次優(yōu)化中?@_的取值;/5·:'是優(yōu)化的風(fēng)電場有功功率； C-1-2)更新迭代次數(shù)t = t+l; C-2)策略選擇：第t次迭代中，按概率選擇機(jī)群中各機(jī)組的偏航角、誘導(dǎo)因子，其方法 是： 、廠 … · * ^其中，j取值遍歷1到N間的所有自然數(shù);η是概率;R1 j是在[β-30°，β+30° ]區(qū)間均勻分布 的隨機(jī)數(shù)中隨機(jī)取得的數(shù);R2』是在[0，1/3]區(qū)間均勻分布的隨機(jī)數(shù)中隨機(jī)取得的數(shù)； C-3)策略更新，包括如下步驟： C-3-1)計算第t次迭代的機(jī)群有功功率，分別用暫存機(jī)組誘導(dǎo)因子，偏航 角，(14) [.yy =yjKj) 將式(14)得到的結(jié)果代入式(I)-式⑴計算得到Pgr?P，令Pgrc^t)=P g_P; C-3-2)更新控制參數(shù)，如果，胃(〇 < 〇則令U5) 如果則令(16) j取值遍歷1到N間的所有自然數(shù)； C-4)優(yōu)化結(jié)束條件判斷與優(yōu)化策略存儲，包括如下步驟： C-4-1)如果連續(xù)500次迭代優(yōu)化，風(fēng)電機(jī)群有功功率提升總量少于機(jī)群各機(jī)組額定功 率總量的〇. 〇 1 %，令a j (0) = a j，y j (0) = y j，并存儲本輪優(yōu)化參數(shù)組合（, , <7, (0), (?))， 供下次優(yōu)化使用，退出有功功率優(yōu)化;否則執(zhí)行C-4-2); C-4-2)如果t〈tmax，令t = t+l，跳轉(zhuǎn)到C-2)繼續(xù)執(zhí)彳丁優(yōu)化;否則執(zhí)彳丁C-4-3); 04_3)如果1:2 1:111￡?，令3」（0)=3」，7」（0)=7」，并存儲(/?，4，",.(〇}，.1',(0})供下次優(yōu)化 使用，退出有功功率優(yōu)化； 其中tmax是最大迭代次數(shù)； j取值遍歷1到N間的所有自然數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)組間偏航和有功功率綜合協(xié)調(diào)的風(fēng)電場增效方法，所述步 驟D具體包括如下步驟： D-1)計算機(jī)組參考功率，取C-4)中得到的a」(0)，以0)，并令afaKO)，y尸以0)，根據(jù) 式(6)計算各機(jī)組的有功功率，并將其設(shè)為對應(yīng)機(jī)組的參考有功功率； D-2)取β，yj (0)，并將β+yj(0)的計算結(jié)果設(shè)定為對應(yīng)機(jī)組的參考偏航角； D-3)基于風(fēng)電場有功功率控制系統(tǒng)，將各機(jī)組的參考有功功率和參考偏航角下發(fā)到各 機(jī)組，各機(jī)組據(jù)此運(yùn)行。
【文檔編號】G06Q10/04GK105868848SQ201610175969
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】蘇永新, 郭瀟瀟, 吳亞聯(lián), 喬海祥, 譚貌, 段斌, 易靈芝
【申請人】湘潭大學(xué), 湘電新能源有限公司