一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法及系統(tǒng)技術(shù)方案

本申請公開了一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法及系統(tǒng)，該方法包括：預(yù)先創(chuàng)建并初始化與風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到初始種群；利用罰函數(shù)確定公式，確定每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；利用目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式，計(jì)算每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值；基于差分進(jìn)化算法，并結(jié)合每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，對初始種群進(jìn)行種群進(jìn)化處理，直到收斂為止，得到全局最優(yōu)個(gè)體；根據(jù)所述全局最優(yōu)個(gè)體，對所述風(fēng)電機(jī)群展開相應(yīng)的控制，以控制每臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角和變頻交流母線的頻率。本申請能夠減少風(fēng)電機(jī)群控制過程中的風(fēng)能損失量，并且能夠避免風(fēng)電機(jī)組的輸出功率超出額定功率值。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法及系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及風(fēng)力發(fā)電
，特別涉及一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
近海風(fēng)電具有風(fēng)速高、湍流強(qiáng)度小、風(fēng)速風(fēng)向穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的主要趨勢。若采用風(fēng)電機(jī)群集中控制取代單機(jī)分立控制，有利于降低故障率，從而減少海上維護(hù)工作、增加有效發(fā)電時(shí)間，同時(shí)可降低系統(tǒng)總成本。然而，當(dāng)風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速分布不均時(shí)，風(fēng)電機(jī)群集中控制易導(dǎo)致較大風(fēng)能損失，輸出功率容易超出額定功率值，如何在風(fēng)速分布不均的情況下，減少風(fēng)電機(jī)群控制過程中的風(fēng)能損失量并避免風(fēng)電機(jī)組的輸出功率超出額定功率值是目前還有待進(jìn)一步解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法及系統(tǒng)，在風(fēng)速分布不均的情況下，減少了風(fēng)電機(jī)群控制過程中的風(fēng)能損失量，并且能夠避免風(fēng)電機(jī)組的輸出功率超出額定功率值。其具體方案如下：一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法，應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)群，其中，所述風(fēng)電機(jī)群中每臺風(fēng)電機(jī)組在功率控制過程中的轉(zhuǎn)速均保持一致，所述方法包括：預(yù)先創(chuàng)建并初始化與所述風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到初始種群；其中，所述初始種群中的第i個(gè)個(gè)體的向量表達(dá)式為：xi,0＝[x1,i,0,x2,i,0,…xD,i,0,xbus,i,0]，i＝1,2,...,N；式中，D表示所述風(fēng)電機(jī)群中風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量，N表示所述初始種群中個(gè)體的數(shù)量，xj,i,0表示所述初始種群的第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，j＝1,2,...,D，xbus,i,0表示所述初始種群的第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率；利用罰函數(shù)確定公式，確定每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；其中，所述罰函數(shù)確定公式為：式中，Pj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，PN表示風(fēng)電機(jī)組的額定功率值，PPENj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；利用目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式，計(jì)算每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值；其中，所述目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式為：式中，Pi表示第i個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，C表示預(yù)設(shè)的懲罰因子；基于差分進(jìn)化算法，并結(jié)合每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，對所述初始種群進(jìn)行種群進(jìn)化處理，直到收斂為止，得到全局最優(yōu)個(gè)體；其中，所述全局最優(yōu)個(gè)體的向量表達(dá)式為：xg＝[x1g,x2g,…xDg,xbusg]；式中，xjg表示所述風(fēng)電機(jī)群中第j臺風(fēng)電機(jī)組的最優(yōu)槳距角，xbusg表示變頻交流母線的最優(yōu)頻率；根據(jù)所述全局最優(yōu)個(gè)體，對所述風(fēng)電機(jī)群展開相應(yīng)的控制，以控制每臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角和變頻交流母線的頻率。可選的，所述預(yù)先創(chuàng)建并初始化與風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群的過程，包括：利用種群初始化公式，預(yù)先創(chuàng)建并初始化與所述風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到所述初始種群；其中，所述種群初始化公式為：式中，rand[0,1]表示在0和1之間產(chǎn)生的均勻隨機(jī)數(shù)，xjU表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的上限值，xjL表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的下限值，xbusU表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的上限值，xbusL表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的下限值?？蛇x的，所述利用罰函數(shù)確定公式，確定每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)的過程，包括：利用輸出功率計(jì)算公式，計(jì)算每臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率；其中，所述輸出功率計(jì)算公式為：式中，Pj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，ρ表示空氣密度，A表示葉片掃掠面積，Cj(Vj,xj,i,xbus,i)表示第j臺風(fēng)電機(jī)組的功率系數(shù)，Vj表示第j臺風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時(shí)風(fēng)速，xj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，xbus,i表示第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率；利用每臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率以及所述罰函數(shù)確定公式，確定出每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)?？蛇x的，第j臺風(fēng)電機(jī)組的功率系數(shù)Cj(Vj,xj,i,xbus,i)的計(jì)算公式為：其中，指數(shù)S為：式中，R表示風(fēng)電機(jī)組的葉片半徑，np表示電機(jī)極對數(shù)，ng表示齒輪箱變比，K1至K6為預(yù)先基于風(fēng)電機(jī)組翼型確定的系數(shù)?？蛇x的，所述風(fēng)電機(jī)群為采用高壓直流輸電變流器集中控制的風(fēng)電機(jī)群，或采用分頻交流輸電變流器集中控制的風(fēng)電機(jī)群，或采用可變頻率變壓器集中控制的風(fēng)電機(jī)群?？蛇x的，所述基于差分進(jìn)化算法，并結(jié)合每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，對所述初始種群進(jìn)行種群進(jìn)化處理，直到收斂為止，得到全局最優(yōu)個(gè)體的過程，包括：步驟A1：從所述初始種群中篩選出目標(biāo)函數(shù)值最小的個(gè)體，并將該個(gè)體確定為當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體xHistory；步驟A2：利用變異公式，對當(dāng)前種群YG中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行變異操作，產(chǎn)生相應(yīng)的變異個(gè)體；其中，G表示種群的代數(shù)編號，所述變異公式為：vi,G+1＝xr1,G+F*(xr2,G-xr3,G)；式中，vi,G+1表示與當(dāng)前種群YG中的第i個(gè)個(gè)體對應(yīng)的變異個(gè)體，xr1,G、xr2,G以及xr3,G表示在當(dāng)前種群YG中隨機(jī)選取的第r1個(gè)、第r2個(gè)和第r3個(gè)個(gè)體，并且r1≠r2≠r3≠i，F(xiàn)表示變異算子；步驟A3：利用交叉公式進(jìn)行交叉操作，得到實(shí)驗(yàn)向量ui,G+1；其中，ui,G+1＝(u1,i,G+1,u2,i,G+1,...uD,i,G+1,ubus,i,G+1)，所述交叉公式為：式中，rand(j)表示在0和1之間的隨機(jī)均勻分布，CR表示交叉算子，rnb(i)表示[1,2,…,D+1]中一個(gè)隨機(jī)選擇的序列；步驟A4：利用個(gè)體替換公式，對所述實(shí)驗(yàn)向量中不符合邊界約束條件的個(gè)體進(jìn)行更新替換，得到臨時(shí)種群；其中，所述邊界約束條件包括：xjL≤uj,i,G+1≤xjU，xbusL≤ubus,i,G+1≤xbusU；所述個(gè)體替換公式為：式中，rand[0,1]表示在0和1之間產(chǎn)生的均勻隨機(jī)數(shù)，xjU表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的上限值，xjL表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的下限值，xbusU表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的上限值，xbusL表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的下限值；步驟A5：計(jì)算臨時(shí)種群中每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，并將臨時(shí)種群中目標(biāo)函數(shù)值較大的個(gè)體相對應(yīng)地替換當(dāng)前種群YG中目標(biāo)函數(shù)值較小的個(gè)體，得到當(dāng)前更新后的種群YG+1；步驟A6：從當(dāng)前種群YG+1中篩選出目標(biāo)函數(shù)值最大的個(gè)體，并判斷該個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值是否大于當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體xHistory的目標(biāo)函數(shù)值，如果是，則利用該個(gè)體對當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體xHistory進(jìn)行替換更新；步驟A7：重新進(jìn)入步驟A2，直到進(jìn)化代數(shù)收斂為止，并將進(jìn)化結(jié)束后得到的當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體xHistory確定為所述全局最優(yōu)個(gè)體。本專利技術(shù)還公開了一種風(fēng)電機(jī)群功率控制系統(tǒng)，應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)群，其中，所述風(fēng)電機(jī)群中每臺風(fēng)電機(jī)組在功率控制過程中的轉(zhuǎn)速均保持一致，所述系統(tǒng)包括：種群初始化模塊，用于預(yù)先創(chuàng)建并初始化與所述風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到初始種群；其中，所述初始種群中的第i個(gè)個(gè)體的向量表達(dá)式為：xi,0＝[x1,i,0,x2,i,0,…xD,i,0,xbus,i,0]，i＝1,2,...,N；式中，D表示所述風(fēng)電機(jī)群中風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量，N表示所述初始種群中個(gè)體的數(shù)量，xj,i,0表示所述初始種群的第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，j＝1,2,...,D，xbus,i,0表示所述初始種群的第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率；罰函數(shù)確定模塊，用于利用罰函數(shù)確定公式，確定每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；其中，所述罰函數(shù)確定公式為：式中，Pj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，PN表示風(fēng)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法，其特征在于，應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)群，其中，所述風(fēng)電機(jī)群中每臺風(fēng)電機(jī)組在功率控制過程中的轉(zhuǎn)速均保持一致，所述方法包括：預(yù)先創(chuàng)建并初始化與所述風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到初始種群；其中，所述初始種群中的第i個(gè)個(gè)體的向量表達(dá)式為：x

【技術(shù)特征摘要】
1.一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法，其特征在于，應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)群，其中，所述風(fēng)電機(jī)群中每臺風(fēng)電機(jī)組在功率控制過程中的轉(zhuǎn)速均保持一致，所述方法包括：預(yù)先創(chuàng)建并初始化與所述風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到初始種群；其中，所述初始種群中的第i個(gè)個(gè)體的向量表達(dá)式為：xi,0＝[x1,i,0,x2,i,0,…xD,i,0,xbus,i,0]，i＝1,2,...,N；式中，D表示所述風(fēng)電機(jī)群中風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量，N表示所述初始種群中個(gè)體的數(shù)量，xj,i,0表示所述初始種群的第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，j＝1,2,...,D，xbus,i,0表示所述初始種群的第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率；利用罰函數(shù)確定公式，確定每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；其中，所述罰函數(shù)確定公式為：式中，Pj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，PN表示風(fēng)電機(jī)組的額定功率值，PPENj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；利用目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式，計(jì)算每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值；其中，所述目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式為：式中，Pi表示第i個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，C表示預(yù)設(shè)的懲罰因子；基于差分進(jìn)化算法，并結(jié)合每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，對所述初始種群進(jìn)行種群進(jìn)化處理，直到收斂為止，得到全局最優(yōu)個(gè)體；其中，所述全局最優(yōu)個(gè)體的向量表達(dá)式為：xg＝[x1g,x2g,…xDg,xbusg]；式中，xjg表示所述風(fēng)電機(jī)群中第j臺風(fēng)電機(jī)組的最優(yōu)槳距角，xbusg表示變頻交流母線的最優(yōu)頻率；根據(jù)所述全局最優(yōu)個(gè)體，對所述風(fēng)電機(jī)群展開相應(yīng)的控制，以控制每臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角和變頻交流母線的頻率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)群功率控制方法，其特征在于，所述預(yù)先創(chuàng)建并初始化與風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群的過程，包括：利用種群初始化公式，預(yù)先創(chuàng)建并初始化與所述風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到所述初始種群；其中，所述種群初始化公式為：式中，rand[0,1]表示在0和1之間產(chǎn)生的均勻隨機(jī)數(shù)，xjU表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的上限值，xjL表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的下限值，xbusU表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的上限值，xbusL表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的下限值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)群功率控制方法，其特征在于，所述利用罰函數(shù)確定公式，確定每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)的過程，包括：利用輸出功率計(jì)算公式，計(jì)算每臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率；其中，所述輸出功率計(jì)算公式為：式中，Pj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，ρ表示空氣密度，A表示葉片掃掠面積，Cj(Vj,xj,i,xbus,i)表示第j臺風(fēng)電機(jī)組的功率系數(shù)，Vj表示第j臺風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時(shí)風(fēng)速，xj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，xbus,i表示第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率；利用每臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率以及所述罰函數(shù)確定公式，確定出每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)電機(jī)群功率控制方法，其特征在于，第j臺風(fēng)電機(jī)組的功率系數(shù)Cj(Vj,xj,i,xbus,i)的計(jì)算公式為：其中，指數(shù)S為：式中，R表示風(fēng)電機(jī)組的葉片半徑，np表示電機(jī)極對數(shù)，ng表示齒輪箱變比，K1至K6為預(yù)先基于風(fēng)電機(jī)組翼型確定的系數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)群功率控制方法，其特征在于，所述風(fēng)電機(jī)群為采用高壓直流輸電變流器集中控制的風(fēng)電機(jī)群，或采用分頻交流輸電變流器集中控制的風(fēng)電機(jī)群，或采用可變頻率變壓器集中控制的風(fēng)電機(jī)群。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的風(fēng)電機(jī)群功率控制方法，其特征在于，所述基于差分進(jìn)化算法，并結(jié)合每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，對所述初始種群進(jìn)行種群進(jìn)化處理，直到收斂為止，得到全局最優(yōu)個(gè)體的過程，包括：步驟A1：從所述初始種群中篩選出目標(biāo)函數(shù)值最小的個(gè)體，并將該個(gè)體確定為當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體xHistory；步驟A2：利用變異公式，對當(dāng)前種群YG中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行變異操作，產(chǎn)生相應(yīng)的變異個(gè)體；其中，G表示種群的代數(shù)編號，所述變異公式為：vi,G+1＝xr1,G+F*(xr2,G-xr3,G)；式中，vi,G+1表示與當(dāng)前種群YG中的第i個(gè)個(gè)體對應(yīng)的變異個(gè)體，xr1,G、xr2,G以及xr3,G表示在當(dāng)前種群YG中隨機(jī)選取的第r1個(gè)、第r2個(gè)和第r3個(gè)個(gè)體，并且r1≠r2≠r3≠i，F(xiàn)表示變異算子；步驟A3：利用交叉公式進(jìn)行交叉操作，得到實(shí)驗(yàn)向量ui,G+1；其中，ui,G+1＝(u1,i,G+1,u2,i,G+1,...uD,i,G+1,ubus,i,G+1)，所述交叉公式為：式中，rand(j)表示在0和1之間的隨機(jī)均勻分布，CR表示交叉算子，rnb(i)表示[1,2,…,D+1]中一個(gè)隨機(jī)選擇的序列；步驟A4：利用個(gè)體替換公式，對所述實(shí)驗(yàn)向量...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳思哲，熊國專，章云，孟安波，張桂東，
申請(專利權(quán))人：廣東工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東,44