CN108708823A - 风力发电机组的最优增益参数在线优化方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法与系统，确定最优增益参数的优化范围及优化步长；采用穷举法，通过对最优增益参数的优化区间内的每个参数进行性能指标的计算，并对比各个性能指标值找到最大性能指标对应的最优增益参数值，将其作为本次循环的最优增益参数值；确定列表循环计数值和寻优阈值，循环寻优列表，得到多次循环的最优增益参数；判断寻优结束条件是否满足，不满足寻优结束条件，重复上述步骤，满足则得到机组最终增益参数。本发明在不增加硬件成本的条件下，提高机组最优增益参数准确性，优化机组的转速转矩曲线，提升机组发电量。

Description

风力发电机组的最优增益参数在线优化方法与系统

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法与系统。

背景技术

风力发电是一种将风能转化为电能的发电方式。近年来随着风电在电网中占比越来越高，对风电机组性能的要求也日益增高，尤其是如何提升机组在低风速段发电量。在风机功率满发之前多采用最佳转速控制技术，该区域也称为最大能量跟踪区域，机组运行在该区域时，发电机转矩等于发电机转速平方与最优增益的乘积。而最优增益值和机组风轮半径、最佳叶尖速比、风能利用系数、空气密度等多个因素有关。其中最优叶尖速比和风能利用系数等由机组自身气动特性确定，由于叶片的制造过程中存在一定的偏差，引起最优叶尖速比和风能利用系数理论值与设计值的不同，同时空气密度受到机组所处环境温度、气压等因素变化的影响。

现有控制策略常采用年平均空气密度或通过增加传感器实时测量外围环境密度值来计算机组最优增益值。由于空气密度受温度、气压等因素的影响较大，采用固定空气密度值得到的最优增益值往往较实际值有较大差异，而通过增加外部传感器实时测量空气密度虽然增加最优增益参数的准确性，但是会产生相应的采购、安装和维护成本。因此，在不增加成本的条件下提高机组最优增益参数的准确性，对提升机组低风速段发电量有着重要意义。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法与系统。

本发明的第一目的是提供一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法，该方法能够自适应地优化机组控制参数，提升机组的发电量。

本发明的第二目的是提供基于上述方法的系统，实现外界环境参数变化时，在线对增益参数进行优化，得到机组转速—转矩曲线中的最优增益参数值，以提高机组的运行性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法，包括以下步骤：

确定最优增益参数的优化范围及优化步长；

采用穷举法，通过对最优增益参数的优化区间内的每个参数进行性能指标的计算，并对比各个性能指标值找到最大性能指标对应的最优增益参数值，将其作为本次循环的最优增益参数值；

确定列表循环计数值和寻优阈值，循环寻优列表，得到多次循环的最优增益参数；

判断寻优结束条件是否满足，不满足寻优结束条件，重复进行循环，满足则得到机组最终增益参数。

进一步的，在最大能量跟踪区域内进行最优增益在线优化。

进一步的，在确定性能指标时，排除风速波动、机组非正常发电以及电网限功率情况对性能指标的影响。

进一步的，在优化前确定优化列表长度和优化步长。

进一步的，在某一固定的最优增益下选取机组最大风能跟踪区间对应的风速范围，记录对应风速下的功率值，对采集到的不同风速区间内的功率值进行加权操作；

进一步的，根据选取机型的动态功率曲线，求取每个风速对应的功率权重值和功率代表值，计算对应的最优增益值下的功率曲线的性能。

进一步的，在循环前，设置列表循环计数值和寻优阈值，将寻优阈值作为为寻优结束的判断条件。

进一步的，判断列表循环计数器i，若i小于设定值，重复上述步骤，否则判断寻优结束条件。

所述设定值优选为4。

进一步的，将前i次得到的最优增益均值与前i-1次得到的最优增益均值相减与寻优阈值作对比，若两者差值大于等于寻优阈值,认为寻优结果不稳定，需继续寻优，将列表循环计数器i加1，并重复优化；若两者差值小于寻优阈值，寻优结果稳定，寻优结束，将此时的最优增益作为机组最终增益参数。

一种风力发电机组的最优增益参数在线优化系统，运行于处理器或可读存储介质，被配置为执行以下指令：

确定最优增益参数的优化范围及优化步长；

采用穷举法，通过对最优增益参数的优化区间内的每个参数进行性能指标的计算，并对比各个性能指标值找到最大性能指标对应的最优增益参数值，将其作为本次循环的最优增益参数；

确定列表循环计数值和寻优阈值，循环寻优列表，得到多次循环的最优增益参数。

判断寻优结束条件是否满足，不满足寻优结束条件，重复进行循环，满足则得到机组最终增益参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明在不增加硬件成本的条件下，提高机组最优增益参数准确性，优化机组的转速转矩曲线，提升机组发电量；

2、本发明成本低，便于实现与维护；

3、本发明不需人工参与，机组自动寻优，极大节省时间和人力成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为最优增益参数在线寻优算法流程图；

图2为机组转速—转矩曲线示意图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种风电机组最优增益在线优化方法，其步骤包括：

(a)最优增益参数的优化范围及优化步长的选定，要求确定最优增益参数的优化范围的上下限及每次优化的步长，方便对最优增益的迭代寻优，从而找到最优增益的最佳值，优化机组的转速转矩曲线，提升机组发电量。

(b)不同最优增益参数对应的性能指标评价计算方法是对不同的最优增益参数下机组的性能表现进行对比，从而找出机组最优性能指标对应的最优增益参数作为机组的最佳参数。该算法要求排除风速波动、机组非正常发电以及电网限功率等情况对性能指标的影响。

(c)自适应算法的优化迭代是整个最优增益参数在线优化的核心部分，该算法采用穷举法，通过对最优增益参数的优化区间内的每个参数进行性能指标的计算，并对比各个性能指标值找到最大性能指标对应的最优增益参数值，将其作为最终的机组最优增益参数值。

具体的，图2中的Ⅰ区为低速恒转速区域；Ⅱ区为最大能量跟踪区域，即最优增益参数作用区间；Ⅲ区为高速恒转速区域；Ⅳ区为恒功率运行区域。本发明在最大能量跟踪区域内进行最优增益在线优化，主要包括以下步骤：

步骤一：选取最优增益参数的优化范围[Kopt_or-n*step，...，Kopt_or-2*step，Kopt_or-step，Kopt_or，Kopt_or+step，Kopt_or+2*step，...，Kopt_or+n*step]，其中Kopt_or为机组的初始最优增益，2n+1为选取优化列表长度，step为优化步长。

步骤二：确定不同最优增益参数对应的性能指标评价计算方法，包括以下步骤：A.在某一固定的最优增益Kopt下选取机组最大风能跟踪区间对应的风速范围[6m/s,7m/s,8m/s]，记录这三个风速下的功率值为[P6、P7、P8]，B.为了更好的评判不同最优增益参数下的功率曲线的优劣程度，为了降低风速波动对性能指标的影响，对采集到的不同风速区间内的功率值进行加权操作。根据选取机型的动态功率曲线，求取每个风速对应的功率权重值K6、K7、K8和功率代表值S6、S7、S8，其中权重值K6＝P6/(P6+P7+P8)、K7＝P7/(P6+P7+P8)、K8＝P8/(P6+P7+P8)，功率代表值S6＝P6/K6、S7＝P7/K7、S8＝P8/K8，C.计算该最优增益值Kopt下的功率曲线的性能SUM_P＝S6+S7+S8。

步骤三：设置列表循环计数器i、寻优阈值error，其中列表循环计数器i≥4，避免单次寻优结果的偶然性，寻优阈值error为寻优结束的判断条件。

步骤四：按步骤1中优化参数列表更新最优增益参数，重复步骤2，计算2n+1个最优增益参数对应的性能指标值。

步骤五：遍历步骤1中优化参数列表后，得到2n+1个最优增益参数对应的性能指标SUM_P，找到性能指标最大SUM_P(max)值，和对应的最优增益值Kopt(max)。

步骤六：记录步骤五中结果，判断列表循环计数器i,若i<4，若重复步骤一至六；否则进行步骤七。

步骤七：将前i次得到的最优增益均值Kopt(i)与前i-1次得到的最优增益均值Kopt(i-1)相减与寻优阈值error作对比，若Kopt(i)-Kopt(i-1)≥error,认为寻优结果不稳定，需继续寻优，保存Kopt(i)，将列表循环计数器i加1，i＝i+1，并重复步骤一至七；若Kopt(i)-Kopt(i-1)<error，寻优结果稳定，寻优结束，Kopt(i)作为机组最终增益参数。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法，其特征是：包括以下步骤：

确定最优增益参数的优化范围及优化步长；

采用穷举法，通过对最优增益参数的优化区间内的每个参数进行性能指标的计算，并对比各个性能指标值找到最大性能指标对应的最优增益参数值，将其作为本次循环的机组最优增益参数值；

确定列表循环计数值和寻优阈值，循环寻优列表，得到多次循环的最优增益参数；

判断寻优结束条件是否满足，不满足寻优结束条件，重复进行循环，满足则得到机组最终增益参数。

2.如权利要求1所述的一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法，其特征是：在最大能量跟踪区域内进行最优增益在线优化。

3.如权利要求1所述的一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法，其特征是：在某一固定的最优增益下选取机组最大风能跟踪区间对应的风速范围，记录对应风速下的功率值，对采集到的不同风速区间内的功率值进行加权操作。

4.如权利要求1所述的一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法，其特征是：在确定性能指标时，排除风速波动、机组非正常发电以及电网限功率情况对性能指标的影响。

5.如权利要求1所述的一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法，其特征是：在优化前确定优化列表长度和优化步长。

6.如权利要求1所述的一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法，其特征是：在循环最优增益参数列表前，设置列表循环计数值和寻优阈值，并将寻优阈值作为为寻优结束的判断条件。

7.如权利要求1所述的一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法，其特征是：根据选取机型的动态功率曲线，求取每个风速对应的功率权重值和功率代表值，计算对应的最优增益值下的功率曲线的性能。

8.如权利要求1所述的一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法，其特征是：判断列表循环计数器i，若i小于设定值，重复上述步骤，否则判断寻优结束条件。

9.如权利要求8所述的一种风力发电机组的最优增益参数在线优化方法，其特征是：将前i次得到的最优增益均值与前i-1次得到的最优增益均值相减与寻优阈值作对比，若两者差值大于等于寻优阈值,认为寻优结果不稳定，需继续寻优，将列表循环计数器i加1，并重复优化；若两者差值小于寻优阈值，寻优结果稳定，寻优结束，将此时的最优增益作为机组最终增益参数。

10.一种风力发电机组的最优增益参数在线优化系统，运行于处理器或可读存储介质，其特征是：被配置为执行以下指令：

确定最优增益参数的优化范围及优化步长；

采用穷举法，通过对最优增益参数的优化区间内的每个参数进行性能指标的计算，并对比各个性能指标值找到最大性能指标对应的最优增益参数值，将其作为本次循环中的最大性能指标对应的最优增益参数值；

确定列表循环计数值和寻优阈值，循环寻优列表，得到多次循环的最优增益参数；

判断寻优结束条件是否满足，不满足寻优结束条件，重复进行循环，满足则得到机组最终增益参数。