不確定性條件下風(fēng)電場有功功率控制方法研究.pdf

1、目前，風(fēng)電建設(shè)已經(jīng)進入大規(guī)模風(fēng)電場發(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)電場有功功率輸出的隨機性和波動性，給電網(wǎng)有功功率的平衡帶來挑戰(zhàn)，嚴重影響電網(wǎng)的安全可靠運行。電網(wǎng)從安全運行的角度，要求風(fēng)電場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)電場有功功率控制系統(tǒng)一般采用由機組本地控制層和場級集中控制層組成的分層控制結(jié)構(gòu)，其機組級的有功功率控制、風(fēng)電場級有功功率分配和有功功率輸出控制，是使風(fēng)電場有功功率輸出滿

2、足電網(wǎng)調(diào)度要求的關(guān)鍵。隨著電網(wǎng)對風(fēng)電場有功功率輸出和系統(tǒng)穩(wěn)定運行要求的不斷提高，近年來，發(fā)展和完善風(fēng)電場有功功率控制系統(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。
　　風(fēng)電場有功功率控制系統(tǒng)在運行中，受風(fēng)電機組本身的非線性、強耦合性和不確定性以及風(fēng)電場環(huán)境中風(fēng)速干擾等因素的影響，這些嚴重限制了風(fēng)電場有功功率輸出控制能力。因此，本文對在上述不確定性條件下的風(fēng)電場有功功率控制方法進行了深入的研究。主要研究成果和創(chuàng)新點如

3、下：
　　1．針對有效風(fēng)速測量不準確引起的機組最大功率跟蹤誤差問題，研究了一種基于高增益觀測器的風(fēng)電機組最大功率跟蹤控制方法。首先設(shè)計高增益觀測器在線估計氣動力矩，并采用Newton-Raphson算法計算當前風(fēng)速的估計值，從而獲取最優(yōu)轉(zhuǎn)速。然后對引入高增益觀測器的系統(tǒng)，設(shè)計基于反演控制方法的轉(zhuǎn)速控制器，通過直接控制發(fā)電機電壓實現(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，且觀測誤差和跟蹤誤差

4、收斂到原點的一個小鄰域內(nèi)。仿真實驗結(jié)果表明，該方法無需風(fēng)速測量，使風(fēng)電機組能夠?qū)ζ渥畲罂砂l(fā)功率進行有效跟蹤。
　　2．針對有功功率參考值躍變和風(fēng)速干擾下的機組恒功率輸出控制問題，研究了一種基于非線性跟蹤微分器的有功功率跟蹤控制方法。首先，通過非線性跟蹤微分器平滑場級集中控制層設(shè)定的有功功率參考信號，減少其躍變對系統(tǒng)動靜態(tài)特性和穩(wěn)定性的影響。然后設(shè)計基于動態(tài)面的自適應(yīng)轉(zhuǎn)速控制器，采用自適應(yīng)控制方法在線補償風(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。仿真實驗結(jié)果表明，該方法使風(fēng)電機組在風(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。
　　3．針對風(fēng)電場有功功率分配中的機組最大可發(fā)功率估計問題，提出了一種基于改進灰色模型的超短期有功功率預(yù)測方法。首先，通過緩沖算子對風(fēng)速異常數(shù)據(jù)進行弱化處理，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

6、模型。然后，利用超短期風(fēng)速預(yù)測值，根據(jù)風(fēng)電機組的風(fēng)速功率特性曲線，計算其最大可發(fā)功率。實驗結(jié)果表明，該方法在風(fēng)電場有功功率分配周期內(nèi)能夠有效地估計機組最大可發(fā)功率；基于該方法的分配策略能夠減少因機組調(diào)節(jié)裕量不足所引起的風(fēng)電場有功功率跟蹤誤差。
　　4．針對在外部干擾及系統(tǒng)不確定性下的風(fēng)電場有功功率輸出控制問題，提出了一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的風(fēng)電場有功功率控制算法。首先，根據(jù)機組的有功功率輸出動態(tài)特性對風(fēng)電場內(nèi)所有運行機組進行等效化簡，