不確定性條件下風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制方法研究.pdf

1、目前，風(fēng)電建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展階段，其在電網(wǎng)中所占的比例不斷增大。大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)有功功率輸出的隨機(jī)性和波動(dòng)性，給電網(wǎng)有功功率的平衡帶來(lái)挑戰(zhàn)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。電網(wǎng)從安全運(yùn)行的角度，要求風(fēng)電場(chǎng)配置有功功率控制系統(tǒng)，具備有功功率輸出控制能力。
　　風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制系統(tǒng)一般采用由機(jī)組本地控制層和場(chǎng)級(jí)集中控制層組成的分層控制結(jié)構(gòu)，其機(jī)組級(jí)的有功功率控制、風(fēng)電場(chǎng)級(jí)有功功率分配和有功功率輸出控制，是使風(fēng)電場(chǎng)有功功率輸出滿(mǎn)

2、足電網(wǎng)調(diào)度要求的關(guān)鍵。隨著電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)有功功率輸出和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行要求的不斷提高，近年來(lái)，發(fā)展和完善風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制系統(tǒng)中的控制方法和分配策略已經(jīng)成為風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)研究的重點(diǎn)。
　　風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制系統(tǒng)在運(yùn)行中，受風(fēng)電機(jī)組本身的非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合性和不確定性以及風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境中風(fēng)速干擾等因素的影響，這些嚴(yán)重限制了風(fēng)電場(chǎng)有功功率輸出控制能力。因此，本文對(duì)在上述不確定性條件下的風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制方法進(jìn)行了深入的研究。主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如

3、下：
　　1．針對(duì)有效風(fēng)速測(cè)量不準(zhǔn)確引起的機(jī)組最大功率跟蹤誤差問(wèn)題，研究了一種基于高增益觀(guān)測(cè)器的風(fēng)電機(jī)組最大功率跟蹤控制方法。首先設(shè)計(jì)高增益觀(guān)測(cè)器在線(xiàn)估計(jì)氣動(dòng)力矩，并采用Newton-Raphson算法計(jì)算當(dāng)前風(fēng)速的估計(jì)值，從而獲取最優(yōu)轉(zhuǎn)速。然后對(duì)引入高增益觀(guān)測(cè)器的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)基于反演控制方法的轉(zhuǎn)速控制器，通過(guò)直接控制發(fā)電機(jī)電壓實(shí)現(xiàn)最優(yōu)轉(zhuǎn)速和最大功率的跟蹤。利用Lyapunov理論證明了該控制系統(tǒng)是一致終結(jié)有界，且觀(guān)測(cè)誤差和跟蹤誤差

4、收斂到原點(diǎn)的一個(gè)小鄰域內(nèi)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法無(wú)需風(fēng)速測(cè)量，使風(fēng)電機(jī)組能夠?qū)ζ渥畲罂砂l(fā)功率進(jìn)行有效跟蹤。
　　2．針對(duì)有功功率參考值躍變和風(fēng)速干擾下的機(jī)組恒功率輸出控制問(wèn)題，研究了一種基于非線(xiàn)性跟蹤微分器的有功功率跟蹤控制方法。首先，通過(guò)非線(xiàn)性跟蹤微分器平滑場(chǎng)級(jí)集中控制層設(shè)定的有功功率參考信號(hào)，減少其躍變對(duì)系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性和穩(wěn)定性的影響。然后設(shè)計(jì)基于動(dòng)態(tài)面的自適應(yīng)轉(zhuǎn)速控制器，采用自適應(yīng)控制方法在線(xiàn)補(bǔ)償風(fēng)速干擾引起的系統(tǒng)參數(shù)不確定

5、性，并根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定性理論推導(dǎo)出動(dòng)態(tài)面控制的控制律和不確定參數(shù)的調(diào)節(jié)律。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法使風(fēng)電機(jī)組在風(fēng)速干擾下能夠有效地跟蹤具有躍變特性的有功功率參考信號(hào)。
　　3．針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)有功功率分配中的機(jī)組最大可發(fā)功率估計(jì)問(wèn)題，提出了一種基于改進(jìn)灰色模型的超短期有功功率預(yù)測(cè)方法。首先，通過(guò)緩沖算子對(duì)風(fēng)速異常數(shù)據(jù)進(jìn)行弱化處理，利用預(yù)處理后的風(fēng)速歷史數(shù)據(jù)，建立超短期風(fēng)速灰色預(yù)測(cè)模型，并以添加最新數(shù)據(jù)和剔除最舊數(shù)據(jù)方式更新該預(yù)測(cè)

6、模型。然后，利用超短期風(fēng)速預(yù)測(cè)值，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速功率特性曲線(xiàn)，計(jì)算其最大可發(fā)功率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在風(fēng)電場(chǎng)有功功率分配周期內(nèi)能夠有效地估計(jì)機(jī)組最大可發(fā)功率；基于該方法的分配策略能夠減少因機(jī)組調(diào)節(jié)裕量不足所引起的風(fēng)電場(chǎng)有功功率跟蹤誤差。
　　4．針對(duì)在外部干擾及系統(tǒng)不確定性下的風(fēng)電場(chǎng)有功功率輸出控制問(wèn)題，提出了一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制算法。首先，根據(jù)機(jī)組的有功功率輸出動(dòng)態(tài)特性對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)所有運(yùn)行機(jī)組進(jìn)行等效化簡(jiǎn)，