CN113250917B - 海上风机阵列输出指令控制方法、系统、装置及存储介质 - Google Patents

海上风机阵列输出指令控制方法、系统、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海上风机阵列输出指令控制方法、系统、装置及存储介质，所述海上风机阵列输出指令控制方法，包括步骤：计算目标风机t‑1时刻的叠加风速；依据t‑1时刻目标风机的叠加风速，结合t‑1时刻目标风机的功率输出指令、t‑1时刻目标风机的风速，计算出t时刻目标风机的功率输出指令；输出该t时刻目标风机的功率输出指令，用于控制目标风机t时刻的功率输出。本发明提供的海上风机阵列输出指令控制方法，以基于目标风机和相邻风机风速、距离的多尺度评价体系，自主建立适用于当前应用环境的风机输出指令值。既让风电机组场站整体进行最合理的功率分配，又通过风速叠加的方式兼顾了单个风机的功率输出预测。

Description

海上风机阵列输出指令控制方法、系统、装置及存储介质
技术领域
本发明属于海上风力发电领域，具体涉及一种海上风机阵列输出指令控制方法、系统、装置及存储介质。
背景技术
目前国内海上风电产业发展迅速，国内海上风电近年规划及在建项目数量众多。随着各省份沿海省份的海上风电大规模接入电网，由于风电功率预测不准确和反调峰特性等因素所导致的海上风机阵列输出控制指令不精确的问题，具有影响电网的稳定性的可能。
目前大规模海上风电场站的海上风机单体控制整体处于粗放状态，即根据实时风速，通过控制系统直接决定海上风机的输出功率指令目标值，这种方式会导致单体海上风机输出功率分配不合理，单体海上风机输出指令不精确的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海上风机阵列输出指令控制方法、系统、装置及存储介质，以解决现有技术中，通过控制系统直接决定海上风机的输出功率指令目标值，导致单体海上风机输出功率分配不合理，单体海上风机输出指令不精确的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种海上风机阵列输出指令控制方法，包括如下步骤：
计算目标风机t-1时刻的叠加风速；
依据t-1时刻目标风机的叠加风速，结合t-1时刻目标风机的功率输出指令、t-1时刻目标风机的风速，计算出t时刻目标风机的功率输出指令；
输出该t时刻目标风机的功率输出指令，用于控制目标风机t时刻的功率输出。
具体的，所述计算目标风机t-1时刻的叠加风速Δv，具体方法如下：
Figure BDA0003113052110000021
式中：vi为t-1时刻第i台相邻风机的风速；di为目标风机和第i台相邻风机的间距；θi为vi与di的夹角；αi为vi和v的夹角，v为t-1时刻目标风机的风速。
具体的，计算出t时刻目标风机的功率输出指令P0(t)的具体方式如下：
P0(t)＝P0(t-1)+0.5ρπR2[Cp(λ(v+Δv)，β)×(v+Δv)3-Cp(λ，β)×v3]
式中，P0(t-1)为目标风机t-1时刻的功率输出指令值；ρ代表空气密度；R代表风轮半径；λ代表叶尖速比；β代表桨距角；Cp(λ，β)代表以叶尖速比和桨距角为自变量的风能利用系数函数；v代表t-1时刻的目标风机风速；Δv代表叠加风速。
本发明提供的另一个技术方案是，一种用于所述海上风机阵列输出指令控制方法的系统，包括：
叠加风速计算模块，用于计算目标风机t-1时刻的叠加风速；
功率输出指令计算模块，用于依据t-1时刻目标风机的叠加风速，结合t-1时刻目标风机的功率输出指令、t-1时刻目标风机的风速，计算出t时刻目标风机的功率输出指令；
结果输出模块，用于输出该t时刻目标风机的功率输出指令。
具体的，叠加风速计算模块计算目标风机t-1时刻的叠加风速，具体方法如下：
Figure BDA0003113052110000022
式中：vi为t-1时刻第i台相邻风机的风速；di为目标风机和第i台相邻风机的间距；θi为vi与di的夹角；αi为vi和v的夹角，v为t-1时刻目标风机的风速。
具体的，功率输出指令计算模块计算出t时刻目标风机的功率输出指令，具体方式如下：
P0(t)＝P0(t-1)+0.5ρπR2[Cp(λ(v+Δv)，β)×(v+Δv)3-Cp(λ，β)×v3]
式中，P0(t-1)为目标风机t-1时刻的功率输出指令值；p代表空气密度；R代表风轮半径；λ代表叶尖速比；β代表桨距角；Cp(λ，β)代表以叶尖速比和桨距角为自变量的风能利用系数函数；v代表t-1时刻的目标风机风速；Δv代表叠加风速。
本发明提供的有一个技术方案是：
一种用于所述海上风机阵列输出指令控制方法的装置，包括海上风电场站集控系统和海上变流器控制系统；
所述海上风电场站集控系统，用于计算目标风机t-1时刻的叠加风速；依据t-1时刻目标风机的叠加风速，结合t-1时刻目标风机的功率输出指令、t-1时刻目标风机的风速，计算出t时刻目标风机的功率输出指令；输出该t时刻目标风机的功率输出指令；
所述海上变流器控制系统，用于接收所述结果输出模块输出的功率输出指令，进而控制目标风机的输出功率。
具体的，所述海上风电场站集控系统与所述海上变流器控制系统通过光纤连接。
具体的，所述海上风电场站集控系统与n个所述海上变流器控制系统连接；n≥2，为正整数。
本发明提供的在一个技术方案是，一种计算机可读的存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被执行时，实现所述的海上风机阵列输出指令控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明实施例提供的海上风机阵列输出指令控制方法，功能清晰、逻辑严谨且易于实现，在避免了复杂迭代与循环的同时，以基于目标风机和相邻风机风速、距离的多尺度评价体系，自主建立适用于当前应用环境的风机输出指令值。既让风电机组场站整体进行最合理的功率分配，又通过风速叠加的方式兼顾了单个风机的功率输出预测。
2、本发明实施例提供的海上风机阵列输出指令控制方法，算法运行速度快，控制结果精确，相比传统能量分配方式，控制指令精度提升15％以上。
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发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例海上风机阵列输出指令控制方法的流程图。
图2是本发明实施例中，用于所述海上风机阵列输出指令控制方法的装置结构图。
图3是本发明实施例中，目标风机和相邻风机的位置示意图。
图4是本发明实施例中，用于所述海上风机阵列输出指令控制方法的装置控制示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
为了填补海上风电场站对于单体海上风机输出功率分配不合理，单体海上风机输出指令不精确的缺陷，提高海上风电风机阵列风机转化效率、提高海上风机阵列整体寿命、增加海上风电场站功率预测稳定性，本发明实施例提供了一种海上风机阵列输出指令控制方法、系统、装置及存储介质。
如图1所示，一种海上风机阵列输出指令控制方法，包括如下步骤：
S1、计算目标风机t-1时刻的叠加风速Δv；
如图3所示，具体方法如下，基于相邻风机的风速和物理距离夹角：
Figure BDA0003113052110000051
式中：vi为t-1时刻第i台相邻风机的风速；di为目标风机和第i台相邻风机的间距；θi为vi与di的夹角；αi为vi和v的夹角，v为t-1时刻目标风机的风速。
S2、依据t-1时刻目标风机的叠加风速，结合t-1时刻目标风机的功率输出指令、t-1时刻目标风机的风速，计算出t时刻目标风机的功率输出指令P0(t)；基于风速叠加，同时考虑相邻风机的风速实时修正的发电功率指令生成具体方式如下：
P0(t)＝P0(t-1)+0.5ρπR2[Cp(λ(v+Δv)，β)×(v+Δv)3-Cp(λ，β)×v3]
式中，P0(t-1)为目标风机t-1时刻的功率输出指令值；ρ代表空气密度；R代表风轮半径；λ代表叶尖速比；β代表桨距角；Cp(λ，β)代表以叶尖速比和桨距角为自变量的风能利用系数函数；v代表t-1时刻的目标风机风速；Δv代表叠加风速。
S3、输出该t时刻目标风机的功率输出指令，用于控制目标风机t时刻的功率输出。
本发明实施例提供的另一个技术方案是：一种用于海上风机阵列输出指令控制方法的系统，包括：
叠加风速计算模块，用于计算目标风机t-1时刻的叠加风速；
功率输出指令计算模块，用于依据t-1时刻目标风机的叠加风速，结合t-1时刻目标风机的功率输出指令、t-1时刻目标风机的风速，计算出t时刻目标风机的功率输出指令；
结果输出模块，用于输出该t时刻目标风机的功率输出指令。
如图2和4所示，一种用于海上风机阵列输出指令控制方法的装置，采用分层式的控制结构，作为基于风速叠加的海上风机阵列输出指令控制方法的硬件平台，包括海上风电场站集控系统和海上变流器控制系统；海上风电场站集控系统与n个海上变流器控制系统通过光纤连接；n≥2，为正整数。
海上风电场站集控系统，用于计算目标风机t-1时刻的叠加风速；依据t-1时刻目标风机的叠加风速，结合t-1时刻目标风机的功率输出指令、t-1时刻目标风机的风速，计算出t时刻目标风机的功率输出指令；输出该t时刻目标风机的功率输出指令；
海上变流器控制系统，用于接收结果输出模块输出的功率输出指令，进而控制目标风机的输出功率，使单体海上风机的出力达到出力控制指令所要求的出力值。
一种计算机可读的存储介质，存储介质上存储有计算机程序，当计算机程序被执行时，实现的海上风机阵列输出指令控制方法。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.海上风机阵列输出指令控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
计算目标风机t-1时刻的叠加风速；
依据t-1时刻目标风机的叠加风速，结合t-1时刻目标风机的功率输出指令、t-1时刻目标风机的风速，计算出t时刻目标风机的功率输出指令；
输出该t时刻目标风机的功率输出指令，用于控制目标风机t时刻的功率输出；
所述计算目标风机t-1时刻的叠加风速△v，具体方法如下：
Figure FDA0003465100190000011
式中：vi为t-1时刻第i台相邻风机的风速；di为目标风机和第i台相邻风机的间距；θi为vi与di的夹角；αi为vi和v的夹角，v为t-1时刻目标风机的风速。
2.根据权利要求1所述的海上风机阵列输出指令控制方法，其特征在于，计算出t时刻目标风机的功率输出指令P0(t)的具体方式如下：
P0(t)＝P0(t-1)+0.5ρπR2[Cp(λ(v+Δv)，β)×(v+Δv)3-Cp(λ，β)×v3]
式中，P0(t-1)为目标风机t-1时刻的功率输出指令值；ρ代表空气密度；R代表风轮半径；λ代表叶尖速比；β代表桨距角；Cp(λ,β)代表以叶尖速比和桨距角为自变量的风能利用系数函数；v代表t-1时刻的目标风机风速；△v代表叠加风速。
3.用于实现权利要求1所述海上风机阵列输出指令控制方法的系统，其特征在于，包括：
叠加风速计算模块，用于计算目标风机t-1时刻的叠加风速；
功率输出指令计算模块，用于依据t-1时刻目标风机的叠加风速，结合t-1时刻目标风机的功率输出指令、t-1时刻目标风机的风速，计算出t时刻目标风机的功率输出指令；
结果输出模块，用于输出该t时刻目标风机的功率输出指令。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，叠加风速计算模块计算目标风机t-1时刻的叠加风速，具体方法如下：
Figure FDA0003465100190000021
式中：vi为t-1时刻第i台相邻风机的风速；di为目标风机和第i台相邻风机的间距；θi为vi与di的夹角；αi为vi和v的夹角，v为t-1时刻目标风机的风速。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，功率输出指令计算模块计算出t时刻目标风机的功率输出指令，具体方式如下：
P0(t)＝P0(t-1)+0.5pπR2[Cp(λ(v+Δv)，β)×(v+Δv)3-Cp(λ，β)×v3]
式中，P0(t-1)为目标风机t-1时刻的功率输出指令值；ρ代表空气密度；R代表风轮半径；λ代表叶尖速比；β代表桨距角；Cp(λ,β)代表以叶尖速比和桨距角为自变量的风能利用系数函数；v代表t-1时刻的目标风机风速；△v代表叠加风速。
6.一种用于实现权利要求1所述海上风机阵列输出指令控制方法的装置，其特征在于，包括海上风电场站集控系统和海上变流器控制系统；
所述海上风电场站集控系统，用于计算目标风机t-1时刻的叠加风速；依据t-1时刻目标风机的叠加风速，结合t-1时刻目标风机的功率输出指令、t-1时刻目标风机的风速，计算出t时刻目标风机的功率输出指令；输出该t时刻目标风机的功率输出指令；
所述海上变流器控制系统，用于接收所述功率输出指令，进而控制目标风机的输出功率。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述海上风电场站集控系统与所述海上变流器控制系统通过光纤连接。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述海上风电场站集控系统与n个所述海上变流器控制系统连接；n≥2，为正整数。
9.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被执行时，实现如权利要求1至2任一项所述的海上风机阵列输出指令控制方法。
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