CN114412707A - 风电场分批次延迟控制方法、控制装置及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风电场控制技术领域，具体提供一种风电场分批次延迟控制方法、控制装置及介质，旨在解决风电场控制策略中未考虑到尾流效应的影响，导致风电场整体出力状态未处于最佳状态的问题。为此目的，本发明根据尾流效应确定风电机组的多个控制组，并确定每个控制组中风电机组的最佳控制策略，进一步获取每台下游风电机组的延迟控制时间，根据风电机组的延迟控制时间以及最佳控制策略对风电机组进行控制。通过上述配置方式，本发明能够考虑到尾流效应带来的影响，能够减少尾流发展对于最佳控制策略的影响，减少对风电机组进行优化控制时造成的能量损失，使风电场能够时刻处于最优的出力状态，提高风电场整体的能效和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及风电场控制技术领域，具体提供一种风电场分批次延迟控制方法、控制装置及介质。
背景技术
随着风电技术的发展，风能的开发利用越来越广泛。目前在工业应用中，风电场主要是以单台风电机组出力最大化作为控制策略对风电场进行控制的，也就是认为流场是静态的。但是，伴随着风电场中风电机组数量的增加，尾流效应造成的损失也在不断增大，尾流发展是一个动态过程。而尾流的发展过程必然会对风电场的控制策略产生一定程度的影响。也就是说，若下游风电机组和上游风电机组同时执行最优控制策略，上游风电机组的尾流发展至下游风电机组需要一定时间，会导致下游风电机组实际并未处于最佳出力状态，这样就会对风电场整体出力造成影响。
相应地，本领域需要一种新的风电场控制方案来解决上述问题。
发明内容
为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决风电场控制策略中未考虑到尾流效应的影响，导致风电场整体出力状态未处于最佳状态的问题。
在第一方面，本发明提供一种风电场分批次延迟控制方法，所述方法包括：
根据尾流效应确定在当前入流风况下风电场内风电机组的多个控制组，每个控制组分别包括多台风电机组；
以风电场的全场功率最大为控制目标，分别确定每个控制组中每台风电机组的最佳控制策略；
针对每个控制组，根据当前入流风况与当前控制组中每台风电机组的最佳控制策略分别对每台风电机组进行模拟控制，根据模拟控制中相邻上下游风电机组之间的尾流传递时间分别确定每台下游风电机组的延迟控制时间；
根据当前控制组中首台风电机组的控制时刻以及每台所述下游风电机组的延迟控制时间，分别确定每台所述下游风电机组的控制时刻；
在每台风电机组的控制时刻并采用每台风电机组的最佳控制策略分别对每台风电机组进行控制，以实现对风电场中的风电机组进行分批次延迟控制。
在上述风电场分批次延迟控制方法的一个技术方案中，所述入流风况包括入流风向，“根据尾流效应确定在当前入流风况下风电场内风电机组的多个控制组”的步骤具体包括：
步骤S11：通过下列步骤S111至步骤S114构建不同入流风况各自对应的控制组的控制组表：
步骤S111：针对每个入流风况，以当前入流风况的入流风向为纵轴并以垂直所述入流风向的方向为横轴构建当前入流风况对应的风电场坐标系，根据尾流效应获取在所述流入风向下风电场中不受尾流影响的风电机组的集合以及所述集合中每台风电机组在所述风电场坐标系下的位置坐标；
步骤S112：根据所述集合中风电机组的数量，将所述风电场中的风电机组划分为多个控制组，其中，所述控制组的数量等于所述集合中风电机组的数量，所述集合中的风电机组依次作为每个控制组中的第一台风电机组；
步骤S113：针对每个控制组，当所述风电场中其他风电机组的纵坐标与当前控制组的第一台风电机组的纵坐标的差值绝对值小于预设阈值时，将所述其他风电机组添加至所述第一台风电机组所属的控制组中；
步骤S114：根据所述控制组中每台风电机组的横坐标，分别为每个所述风电机组进行编号，以建立所述风电场的控制组表；
步骤S12：根据当前入流风况查询所述控制组表，确定在当前入流风况下风电机组的多个控制组。
在上述风电场分批次延迟控制方法的一个技术方案中，“以风电场的全场功率最大为控制目标，分别确定每个控制组中每台风电机组的最佳控制策略”的步骤具体包括：
步骤S21：通过下列步骤S211至步骤S212构建在不同入流风况下不同控制组各自对应的最佳控制策略的最佳控制策略表：
步骤S211：针对每个入流风况，设置所述风电场的控制变量，根据所述入流风况获取所述全场功率最大时所述风电场中每台风电机组的优化后的控制变量，作为所述风电机组在所述入流风况下的最佳控制策略；
步骤S212：根据所述控制组表和所述最佳控制策略，构建所述入流风况下不同控制组对应的最佳控制策略的最佳控制策略表；
步骤S22：根据当前入流风况与控制组查询所述最佳控制策略表，确定在当前入流风况下每个控制组中每台风电机组的最佳控制策略。
在上述风电场分批次延迟控制方法的一个技术方案中，“根据当前入流风况与当前控制组中每台风电机组的最佳控制策略分别对每台风电机组进行模拟控制，根据模拟控制中相邻上下游风电机组之间的尾流传递时间分别确定每台下游风电机组的延迟控制时间”的步骤具体包括：
步骤S31：通过下列步骤S311至步骤S314构建在不同入流风况下使用不同控制组各自对应的最佳控制策略对风电机组进行控制时不同控制组各自对应的延迟控制时间表：
步骤S311：针对每个入流风况，将所述入流风况和每台风电机组的最佳控制策略输入预设的风电场仿真模型，获得所述风电场的流场风速分布；
步骤S312：计算所述风电场中相邻上下游风电机组之间的间距，并将所述流场风速分布分别按照所述风电机组的风轮展向和所述相邻上下游风电机组之间垂直于所述风轮平面方向进行点位划分，根据划分结果获得多个点位，根据所述多个点位上的风速，计算所述风电机组的轮毂高度处的风速平均值；
步骤S313：根据所述风速平均值，按照以下公式计算所述风电场中相邻上下游风电机组间的尾流传递时间
将尾流传递时间
作为所述相邻上下游风电机组中下游风电机组的延迟控制时间ti；
其中，j表示第j个控制组，i表示控制组j中的第i台风电机组的编号，i-1表示第i台风电机组的上游风电机组的编号，
表示所述第i台风电机组和第i台风电机组的上游风电机组之间的间距，
表示所述风速平均值，
表示所述第i台风电机组和第i台风电机组的上游风电机组间的尾流传递时间；
步骤S314：根据所述延迟控制时间和所述控制组表，建立所述入流风况下的控制延迟时间表；
步骤S32：根据当前入流风况和控制组查询所述延迟控制时间表，确定在当前入流风况下每个控制组中每台下游风电机组的延迟控制时间。
在上述风电场分批次延迟控制方法的一个技术方案中，“根据当前控制组中首台风电机组的控制时刻以及每台所述下游风电机组的延迟控制时间，分别确定每台所述下游风电机组的控制时刻”的步骤具体包括，根据以下公式计算每台所述下游风电机组的控制时刻：
其中，n为控制组j中风电机组的数量，i表示控制组j中的第i台风电机组的编号，i-1表示第i台风电机组的上游风电机组的编号，
为控制组j中第i台风电机组的控制时刻，
为控制组j中第i-1台风电机组的控制时刻，ti表示根据所述第i台风电机组和第i台风电机组的上游风电机组间的尾流传递时间
确定的所述第i台风电机组的延迟控制时间。
在上述风电场分批次延迟控制方法的一个技术方案中，所述控制变量为偏航角度，“据所述入流风况获取所述全场功率最大时所述风电场中每台风电机组的优化后的控制变量”的步骤包括：
步骤S41：随机设置所述风电场中的风电机组的偏航角度，根据预设的风电场仿真模型，获取所述偏航角度对应的风电场的全场功率；
步骤S42：判断所述全场功率是否为所述风电场的最大功率；若是，则跳转至步骤S44；若否，则跳转至步骤S43；
步骤S43：更新所述偏航角度，跳转至步骤S41；
步骤S44：输出所述全场功率为最大功率时，所述风电场中每台风电机组的偏航角度，将所述偏航角度作为优化后的控制变量。
在上述风电场分批次延迟控制方法的一个技术方案中，所述控制变量为所述风电机组的桨距角度或转速值。
在第二方面，提供一种控制装置，该控制装置包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述风电场分批次延迟控制方法方法的技术方案中任一项技术方案所述的风电场分批次延迟控制方法方法。
在第三方面，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行上述风电场分批次延迟控制方法方法的技术方案中任一项技术方案所述的风电场分批次延迟控制方法方法。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
在实施本发明的技术方案中，能够根据尾流效应确定风电场内风电机组的多个控制组，并以风电场的全场功率最大为控制目标，确定每个控制组中风电机组的最佳控制策略，进一步根据最佳控制策略进行每台风电机组的模拟控制，获得相邻上下游风电机组之间的尾流传递时间，作为每台下游风电机组的延迟控制时间，根据当前控制组中首台风电机组的控制时刻以及每台下游风电机组的延迟控制时间，确定每台下游风电机组的控制时刻，根据风电机组的控制时刻以及最佳控制策略对风电机组进行控制，以实现风电机组的分批次延迟控制。通过上述配置方式，本发明能够在风电场中的风电机组进行优化控制时，考虑到尾流效应带来的影响，分别确定风电场中每个风电机组执行最佳控制策略的时刻，能够减少尾流发展对于最佳控制策略的影响，进一步减少在对风电机组进行优化控制时造成的能量损失，使得风电场能够时刻处于最优的出力状态，提高了风电场整体的能效和经济效益。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。其中：
图1是根据本发明的一个实施例的风电场分批次延迟控制方法的主要步骤流程示意图；
图2是根据本发明实施例的一个实施方式的构建控制组表的主要步骤流程示意图；
图3是根据本发明实施例的一个实施方式的构建最佳控制策略表的主要步骤流程示意图；
图4是根据本发明实施例的一个实施方式的构建延迟控制时间表的主要步骤流程示意图；
图5是根据本发明实施例的一个实施方式的构建最佳控制策略库和控制延迟时间库的主要步骤流程示意图；
图6是根据本发明实施例的一个实施方式的根据最佳控制策略库和控制延迟时间库进行风电场中风电机组的延迟控制的主要步骤流程示意图；
图7是根据本发明实施例的一个实施方式的风电机组轮毂高度处风电场流场风速分布示意图；
图8是根据本发明实施例的一个实施方式的在一种入流风况下构建风电场坐标系以及确定的多个控制组的示意图；
图9是根据本发明实施例的一个实施方式的无偏航控制风电机组发电功率随时间变化情况示意图；
图10是根据本发明实施例的一个实施方式的风电场中风电机组同时进行最优偏航角度控制时发电功率随时间变化情况示意图；
图11是根据本发明实施例的一个实施方式的风电场中风电机组根据最优偏航角度，分批次延迟控制发电功率随时间变化情况示意图；
图12是根据本发明实施例的一个实施方式的无偏航控制、同时进行最优偏航角度控制以及分批次延迟控制的风电场发电量的对比示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。非暂时性的计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。术语“A和/或B”表示所有可能的A与B的组合，比如只是A、只是B或者A和B。术语“至少一个A或B”或者“A和B中的至少一个”含义与“A和/或B”类似，可以包括只是A、只是B或者A和B。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。
参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的风电场分批次延迟控制方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的风电场分批次延迟控制方法主要包括下列步骤S101-步骤S105。
步骤S101：根据尾流效应确定在当前入流风况下风电场内风电机组的多个控制组，每个控制组分别包括多台风电机组。
在本实施例中，可以根据尾流效应将当前入流风况下风电场内的风电机组划分为多个控制组，每个控制组中分别包括多台风电机组。
步骤S102：以风电场的全场功率最大为控制目标，分别确定每个控制组中每台风电机组的最佳控制策略。
在本实施例中，可以以风电场的全场功率最大为控制目标，确定在风电场全场功率最大时，每个控制组中每台风电机组的最佳控制策略。
步骤S103：针对每个控制组，根据当前入流风况与当前控制组中每台风电机组的最佳控制策略分别对每台风电机组进行模拟控制，根据模拟控制中相邻上下游风电机组之间的尾流传递时间分别确定每台下游风电机组的延迟控制时间。
在本实施例中，可以根据当前入流风况以及控制组中每台风电机组的最佳控制策略分别对该控制组中的每台风电机组进行模拟控制，根据模拟控制过程中相邻上下游风电机组之间的尾流传递时间分别确定每台下游风电机组的延迟控制时间。
一个实施方式中，可以采用基于流体力学方法的数值模拟模型对每台风电机组进行模拟控制。
一个实施方式中，可以采用基于解析方法的工程尾流模型对每台风电机组进行模拟控制。首先设置工程尾流模型的求解参数，并设置相应的尾流速度亏损模型、尾流湍流模型、尾流转换模型和叠加模型。其中，尾流速度亏损模型可以根据以下公式(1)获得：
其中，β为风电机组的风轮后压力恢复到大气压时尾流截面的面积与风轮面积的比值，β可以根据上述公式(2)获得；CT为风电机组的推力系数；ΔU为风电机组的尾流在下游(x,y,z)位置处的产生的风速损失；x,y,z为风电机组的下游位置的三维坐标系的坐标；U∞为来流的风速；k*为尾流扩张系数；D为风电机组的风轮直径；zh为风电机组的轮毂高度。
尾流湍流模型可以用以下公式(3)获得：
其中，ΔIz为风电机组z的附加湍流强度，I∞为环境湍流强度。
尾流偏转模型可以用以下公式(4)-公式(8)获得：
其中，δ为尾流偏转距离，x0为流向距离，γ为风电机组的偏航角度，CT为风电机组的推力系数，I为风电机组的湍流强度，ky，kz分别为尾流在水平和竖直方向上的变化速率，x为风轮下游到风轮的距离，α*，β*为经验参数，
σy、σz为计算过程的中间值。
叠加模型可以用以下公式(9)获得：
其中，ui为风电机组i的入流风速，该风电机组处于上游N台风电机组的尾流叠加区内；uj为上游风机机组j前的入流风速，uji为风电机组j的尾流在风电机组i所在位置处的风速。
一个实施方式中，还可以采用Jensen、Multi-zone等尾流速度亏损模型，Jiménez、ishihara等尾流偏转模型，线性叠加、最大值叠加等尾流叠加模型进行模拟控制。
步骤S104：根据当前控制组中首台风电机组的控制时刻以及每台下游风电机组的延迟控制时间，分别确定每台下游风电机组的控制时刻。
在本实施例中，可以根据当前控制组中首台风电机组的控制时刻，并根据步骤S103中获得的每台下游风电机组的延迟控制时间，分别确定每台下游风电机组的控制时刻。
步骤S105：在每台风电机组的控制时刻并采用每台风电机组的最佳控制策略分别对每台风电机组进行控制，以实现对风电场中的风电机组进行分批次延迟控制。
在本实施例中，针对每台风电机组，可以根据步骤S104获得的控制时刻，以及对应的最佳控制策略，对风电机组进行控制，以实现对风电场中风电机组进行分批次延迟控制。
基于上述步骤S101-步骤S105，本发明能够根据尾流效应确定风电场内风电机组的多个控制组，并以风电场的全场功率最大为控制目标，确定每个控制组中风电机组的最佳控制策略，进一步根据最佳控制策略进行每台风电机组的模拟控制，获得相邻上下游风电机组之间的尾流传递时间，作为每台下游风电机组的延迟控制时间，根据当前控制组中首台风电机组的控制时刻以及每台下游风电机组的延迟控制时间，确定每台下游风电机组的控制时刻，根据风电机组的控制时刻以及最佳控制策略对风电机组进行控制，以实现风电机组的分批次延迟控制。通过上述配置方式，本发明能够在风电场中的风电机组进行优化控制时，考虑到尾流效应带来的影响，分别确定风电场中每个风电机组执行最佳控制策略的时刻，能够减少尾流发展对于最佳控制策略的影响，进一步减少在对风电机组进行优化控制时造成的能量损失，使得风电场能够时刻处于最优的出力状态，提高了风电场整体的能效和经济效益。
下面对步骤S101-步骤S104作进一步地说明。
在本发明实施例的一个实施方式中，步骤S101可以进一步包括步骤S1011和步骤S1012。
步骤S1011：参阅附图2，图2是根据本发明实施例的一个实施方式的构建控制组表的主要步骤流程示意图。如图2所示，可以通过以下步骤S10111至步骤S10114构建不同入流风况各自对应的控制组的控制组表。
步骤S10111：针对每个入流风况，以当前入流风况的入流风向为纵轴并以垂直入流风向的方向为横轴构建当前入流风况对应的风电场坐标系，根据尾流效应获取在流入风向下风电场中不受尾流影响的风电机组的集合以及集合中每台风电机组在风电场坐标系下的位置坐标。
在本实施方式中，针对每个入流风况，可以以当前入流风向为纵轴，以垂直入流风向的方向为横轴，构建当前入流风况对应的风电场坐标系，根据尾流效应获取在该入流风况下不受风电机组影响的风电机组的集合，以及每台风电机组在风电场坐标系下位置坐标。
一个实施方式中，在构建风电场模型时，使用惯性坐标系，即将东西方向定义为x轴，将南北方向定义为y轴，并进一步根据入流风向进行坐标系的旋转。参阅附图8，图8是根据本发明实施例的一个实施方式的在一种入流风况下构建风电场坐标系和确定的多个控制组的示意图，其中图8的横坐标和纵坐标均为节点化距离。如图8所示，惯性坐标系下，可以以270°为基准角度，如果入流风向为312°，则可以将312°的方向作为纵轴，以垂直于312°的方向作为横轴，来构建入流风向为312°时的风电场坐标系。这样的风电场坐标系构建方法便于确定风电场在对应入流风况下不受尾流影响的风电机组。
步骤S10112：根据集合中风电机组的数量，将风电场中的风电机组划分为多个控制组，其中，控制组的数量等于集合中风电机组的数量，集合中的风电机组依次作为每个控制组中的第一台风电机组。
在本实施方式中，可以根据不受尾流影响的风电机组的集合中风电机组的数量，将风电场中风电机组划分为多个控制组。即集合中有几台风电机组，就把风电场中的风电机组划分为几个控制组，且集合中的风电机组依次作为每个控制组中的第一台风电机组。
步骤S10113：针对每个控制组，当风电场中其他风电机组的纵坐标与当前控制组的第一台风电机组的纵坐标的差值绝对值小于预设阈值时，将其他风电机组添加至第一台风电机组所属的控制组中。
在本实施方式中，针对每个控制组，可以计算风电场中其他风电机组的纵坐标与控制组中第一台风电机组的纵坐标之间的差值，如果差值的绝对值小于预设阈值，则可以将该差值对应的风电机组添加至第一台风电机组对应的控制组中。
一个实施方式中，预设阈值可以为风轮直径。本领域技术人员可以根据实际应用的需要设定预设阈值的取值，如根据具体入流风况设定预设阈值的取值等。
步骤S10114：根据控制组中每台风电机组的横坐标，分别为每个风电机组进行编号，以建立风电场的控制组表。
在本实施方式中，针对每个控制组，可以根据控制组中每台风电机组的横坐标，分别为每个风电机组进行编号，以建立入流风况下的风电场的控制组表。
一个实施方式中，继续参阅附图9，图9标示出了入流风向为312°时的多个控制组，图中每个长方形框中的风电机组为一个控制组中的风电机组。
步骤S1012：根据当前入流风况查询控制组表，确定在当前入流风况下风电机组的多个控制组。
在本实施方式中，可以根据风电场的当前入流风况查询步骤S1011中构建的控制组表，获得当前入流风况下风电场中风电机组的多个控制组。
在本发明实施例的一个实施方式中，步骤S102可以进一步包括步骤S1021和步骤S1022。
步骤S1021：参阅附图3，图3是根据本发明实施例的一个实施方式的构建最佳控制策略表的主要步骤流程示意图。如图3所示，在本实施方式中，可以通过以下步骤S10211至步骤S10212构建在不同入流风况下不同控制组各自对应的最佳控制策略的最佳控制策略表：
步骤S10211：针对每个入流风况，设置风电场的控制变量，根据入流风况获取全场功率最大时风电场中每台风电机组的优化后的控制变量，作为风电机组在入流风况下的最佳控制策略。
在本实施方式中，针对每个入流风况，可以设置风电场的控制变量，根据入流风况获取在风电场全场功率最大时风电场中每台风电机组的优化后的控制变量，作为风电机组在该入流风况下的最佳控制策略。
一个实施方式中，控制变量可以为偏航角度，步骤S10211可以进一步包括以下步骤：
步骤S102111：随机设置风电场中的风电机组的偏航角度，根据预设的风电场仿真模型，获取偏航角度对应的风电场的全场功率；
步骤S102112：判断全场功率是否为风电场的最大功率；若是，则跳转至步骤S102114；若否，则跳转至步骤S102113；
步骤S102113：更新偏航角度，跳转至步骤S102111；
步骤S102114：输出全场功率为最大功率时，风电场中每台风电机组的偏航角度，将偏航角度作为优化后的控制变量。
在本实施方式中，可以随机设置风电场中的风电机组的偏航角度，并根据上述尾流模型、尾流湍流模型、尾流偏转模型以及叠加模型对风电场进行模拟控制，获得当前风电场的全场功率，并判断全场功率是否为风电场的最大功率，若是，则可以输出全场功率为最大功率时，风电场中每台风电机组的偏航角度，并将偏航角度作为优化后的控制变量；若否，则可以更新偏航角度，继续对风电场进行模拟控制，直至获得全场功率为最大功率时，风电场中风电机组的偏航角度。
一个实施方式中，可以使用遗传算法获得风电场中风电机组的偏航角度，设置优化变量为风电机组的偏航角度，设置优化目标为风电场的全场功率最大化，根据风速、风向、环境湍流强度以及风切变指数设置边界条件，当遗传算法达到收敛时，风电场的全场功率为最大功率，可以将此时的风电机组的偏航角度作为优化后的控制变量。
一个实施方式中，也可以使用梯度算法、粒子群算法等本领域惯用的优化算法获得优化后的控制变量。
一个实施方式中，控制变量也可以为风电机组的桨距角度或者转速值。
步骤S10212：根据控制组表和最佳控制策略，构建入流风况下不同控制组对应的最佳控制策略的最佳控制策略表。
在本实施方式中，可以根据对应入流风况下的控制组表和最佳控制策略，构建入流风况下控制组表对应的最佳控制策略的最佳控制策略表。
步骤S1022：根据当前入流风况与控制组查询最佳控制策略表，确定在当前入流风况下每个控制组中每台风电机组的最佳控制策略。
在本实施方式中，可以根据风电场的当前入流风况来查询对应的控制组表，并进一步根据对应的控制组表和入流风况查询最佳控制策略表，以确定在当前入流风况下每个控制组中每台风电机组的最佳控制策略。
在本发明实施例的一个实施方式中，步骤S103可以进一步包括步骤S1031和步骤S1032。
步骤S1031：参阅附图4，图4是根据本发明实施例的一个实施方式的构建延迟控制时间表的主要步骤流程示意图。如图4所示，步骤S1031可以通过以下步骤S10311至步骤S10314构建在不同入流风况下，不同控制组各自对应的最佳控制策略对风电机组进行控制时不同控制组各自对应的延迟控制时间表。
步骤S10311：针对每个入流风况，将入流风况和每台风电机组的最佳控制策略输入预设的风电场仿真模型，获得风电场的流场风速分布。
在本实施方式中，针对每个入流风况，可以将该入流风况和每台风电机组的最佳控制策略输入至上述尾流模型、尾流湍流模型、尾流偏转模型以及叠加模型对风电场进行模拟控制，获得风电场的流场风速分布。
步骤S10312：计算风电场中相邻上下游风电机组之间的间距，并将流场风速分布分别按照风电机组的风轮展向和相邻上下游风电机组之间垂直于风轮平面方向进行点位划分，根据划分结果获得多个点位，根据多个点位上的风速，计算风电机组的轮毂高度处的风速平均值。
在本实施方式中，参阅附图7，图7是根据本发明实施例的一个实施方式的风电机组轮毂高度处风电场流场风速分布示意图。如图7所示，可以计算风电场中相邻上下游风电机组之间的间距，并将步骤S10311中获得流场风速分布分别按照风电机组风轮展向和相邻上下游风电机组之间垂直于风轮平面方向进行点位划分，根据划分结果获得多个点位，获得这些点位上的风速，并计算这些点位上风速的平均值，作为风电机组的轮毂高度处的风速平均值。
步骤S10313：根据风速平均值，按照以下公式(10)计算风电场中相邻上下游风电机组间的尾流传递时间
将尾流传递时间
作为相邻上下游风电机组中下游风电机组的延迟控制时间ti；
其中，j表示第j个控制组，i表示控制组j中的第i台风电机组的编号，i-1表示第i台风电机组的上游风电机组的编号，
表示第i台风电机组和第i台风电机组的上游风电机组之间的间距，
表示风速平均值，
表示第i台风电机组和第i台风电机组的上游风电机组间的尾流传递时间。
在本实施方式中，可以根据风电场中相邻上下游风电机组之间的间距和风电机组的轮毂高度处的风速平均值，根据公式(10)计算风电场中相邻上下游风电机组间的尾流传递时间，并将尾流传递时间作为相邻上下游风电机组中下游风电机组的延迟控制时间。
步骤S10314：根据延迟控制时间和控制组表，建立入流风况下的控制延迟时间表。
在本实施方式中，可以根据步骤S10313中获得的风电机组的延迟控制时间以及对应的控制组表，建立该入流风况下的控制延迟时间表。
步骤S1032：根据当前入流风况和控制组查询延迟控制时间表，确定在当前入流风况下每个控制组中每台下游风电机组的延迟控制时间。
在本实施方式中，可以根据风电场的当前入流风况以及对应的控制组表，查询延迟控制时间表，确定在当前入流风况下每个控制组中的每台下游风电机组的延迟控制时间。
在本发明实施例的一个实施方式中，步骤S104可以进一步包括：根据以下公式(11)计算每台下游风电机组的控制时刻：
其中，n为控制组j中风电机组的数量，i表示控制组j中的第i台风电机组的编号，i-1表示第i台风电机组的上游风电机组的编号，
为控制组j中第i台风电机组的控制时刻，
为控制组j中第i-1台风电机组的控制时刻，ti表示根据第i台风电机组和第i台风电机组的上游风电机组间的尾流传递时间
确定的第i台风电机组的延迟控制时间。
在本实施方式中，可以先确定当前控制组中首台风电机组的控制时刻，并根据步骤S1032中获得每台下游风电机组的延迟控制时间，根据公式(11)计算每台下游风电机组的控制时刻。
在一个实施方式中，参阅附图5，图5是根据本发明实施例的一个实施方式的构建最佳控制策略库和控制延迟时间库的主要步骤流程示意图。如图5所示，构建风电场的最佳控制策略库和控制延迟时间库可以包括以下步骤：
步骤S201：获取风电场可能出现的入流风况；
步骤S202：构建该风况下控制组表；
步骤S203：构建该风况下控制组表中风电机组的最佳控制策略表；
步骤S204：构建该风况下延迟控制时间表；
步骤S205：生成最佳控制策略库和控制延迟时间库。
在生成最佳控制策略库和控制延迟时间库之后，就可以通过最佳控制策略库查询不同入流风况下风电场中风电机组的最佳控制策略表，可以通过控制延迟时间库查询不同入流风况下风电场中风电机组的控制延迟时间表。
在本实施方式中，可以将风电场可能出现的入流风况进行划分。具体地，可以将入流风速区间划分为m个风速子区间，风速子区间长度为v0，风速子区间的中间值代表该子区间的风速；可以将入流风向区间划分为n个风向子区间，风向子区间的长度为d0，风向子区间的中间值代表该子区间的风向。这样能够获得m×n种入流风况。本领域技术人员可以理解的是，入流风况的确定还可以采用其他方法，并不局限于本实施方式中的方法。可以根据m×n种入流风况，根据上述步骤S1011建立不同入流风况的控制组表，根据上述步骤S1021建立不同入流风况的最佳控制策略表，根据上述步骤S1031建立不同入流风况的延迟控制时间表，即可获得m×n个控制组表，m×n个最佳控制策略表，m×n个延迟控制时间表。将m×n个最佳控制策略表进行汇总并存储即可获得风电场不同入流风况下的最佳控制策略库；将m×n个延迟控制时间表进行汇总并存储即可获得风电场不同入流风况下的延迟控制时间库。
一个实施方式，根据入流风向构建风电场坐标下，获得不受尾流影响的风风电机组的集合N，其中，集合N中包含k台风电机组，即需要建立k个控制组。集合N中的风电机组依次作为k个控制组的第一台风电机组，其余风电机组与控制组其余机组与控制组Gj(j＝1，...,k)中第一台机组纵坐标之差绝对值小于DT(DT为风电机组的风轮直径)，则添加到控制组Gj中，遍历所有风电机组后对每个控制组中的风电机组依照横坐标大小排序(升序)，得到如下表1所示的该风况下控制组列表,其中Index为机组编号。
表1风电场中风电机组在一定入流风况下的控制组表
根据上述步骤S10211获得优化后的偏航角度，并根据表1将最佳偏航角度分配至控制组表，即可获得该风况下的最佳控制策略表，如表2所示，其中，
为第j个控制组中第i台风电机组的优化后的偏航角度。
表2风电场中风电机组在一定入流风况下的最佳控制策略表
根据上述步骤S1031获取该入流风况下的延迟控制时间表，如表3所示，其中，
为第j个控制组中第i-1台风电机组与第i台风电机组之间的延迟控制时间。
表3风电场中风电机组在一定入流风况下的延迟控制时间表
进一步可以根据风速子区间和风向子区间，建立风电场的最佳控制策略库和延迟控制时间库，如表4所示，其中，
为第l种入流风况下风电场的最佳控制策略表，
为第l种入流风况下风电场的延迟控制时间表。
表4风电场的最佳控制策略库和延迟控制时间库
在一个实施方式中，参阅附图6，图6是根据本发明实施例的一个实施方式的根据最佳控制策略库和控制延迟时间库进行风电场中风电机组的延迟控制的主要步骤流程示意图。如图6所示，据最佳控制策略库和控制延迟时间库进行风电场中风电机组的延迟控制的主要步骤可以包括：
步骤S301：测风塔测量风向风速；
步骤S302：从最佳控制策略库和控制延迟时间库中索引当前入流风况下控制组，获得控制组最佳控制策略表和延迟控制时间表；
步骤S303：控制组中首台风电机组执行控制策略并记录控制时刻；
步骤S304：计算控制组中其他风电机组的控制时刻，在相应的时刻执行对应的最佳控制策略。
在本实施方式中，可以根据风电场测风塔测得的入流风况，从最佳控制策略库和延迟控制时间库索引该入流风况下的各控制组的最佳控制策略表和延迟控制时间表，并进一步根据最佳控制策略控制控制组Gj中第一台风电机组的执行其对应的最佳控制策略
并记录控制时刻，并根据上述步骤S104确定每台下游风电机组的控制时刻，并在下游风电机组的控制时刻控制该风电机组执行其对应的最佳控制策略。
一个例子，风电场中有3台风电机组，间距为5倍的风轮直径，入流风速为8m/s，入流风向为270°，控制变量为偏航角。在当前入流风况下，风电场的控制组表如表5所示，最佳控制策略表如表6所示，延迟控制时间表如表7所示。
表5本例中风电场的控制组表
表6本例中风电场的最佳控制策略表
表7本例中风电场的延迟控制时间表
参阅附图9至附图12，图9是根据本发明实施例的一个实施方式的无偏航控制风电机组发电功率随时间变化情况示意图；图10是根据本发明实施例的一个实施方式的风电场中风电机组同时进行最优偏航角度控制时发电功率随时间变化情况示意图；图11是根据本发明实施例的一个实施方式的风电场中风电机组根据最优偏航角度，分批次延迟控制发电功率随时间变化情况示意图；图12是根据本发明实施例的一个实施方式的无偏航控制、同时进行最优偏航角度控制以及分批次延迟控制的风电场发电量的对比示意图。如图9至图11所示，可以比较无偏航控制、同时进行最优偏航角度控制以及分批次进行最优偏航角度控制时，风电场的发电功率和发电量。如图12所示，三种情况风电场发电情况比较可知，对风电场进行分批次延迟控制能够使风电场的发电量更高。
需要指出的是，尽管上述实施例中将各个步骤按照特定的先后顺序进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本发明的效果，不同的步骤之间并非必须按照这样的顺序执行，其可以同时(并行)执行或以其他顺序执行，这些变化都在本发明的保护范围之内。
本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读存储介质不包括电载波信号和电信信号。
进一步，本发明还提供了一种控制装置。在根据本发明的一个控制装置实施例中，控制装置包括处理器和存储装置，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的风电场分批次延迟控制方法的程序，处理器可以被配置成用于执行存储装置中的程序，该程序包括但不限于执行上述方法实施例的风电场分批次延迟控制方法的程序。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该控制装置可以是包括各种电子设备形成的控制装置设备。
进一步，本发明还提供了一种计算机可读存储介质。在根据本发明的一个计算机可读存储介质实施例中，计算机可读存储介质可以被配置成存储执行上述方法实施例的风电场分批次延迟控制方法的程序，该程序可以由处理器加载并运行以实现上述风电场分批次延迟控制方法。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该计算机可读存储介质可以是包括各种电子设备形成的存储装置设备，可选的，本发明实施例中计算机可读存储介质是非暂时性的计算机可读存储介质。
进一步，应该理解的是，由于各个模块的设定仅仅是为了说明本发明的装置的功能单元，这些模块对应的物理器件可以是处理器本身，或者处理器中软件的一部分，硬件的一部分，或者软件和硬件结合的一部分。因此，图中的各个模块的数量仅仅是示意性的。
本领域技术人员能够理解的是，可以对装置中的各个模块进行适应性地拆分或合并。对具体模块的这种拆分或合并并不会导致技术方案偏离本发明的原理，因此，拆分或合并之后的技术方案都将落入本发明的保护范围内。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种风电场分批次延迟控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据尾流效应确定在当前入流风况下风电场内风电机组的多个控制组，每个控制组分别包括多台风电机组；
以风电场的全场功率最大为控制目标，分别确定每个控制组中每台风电机组的最佳控制策略；
针对每个控制组，根据当前入流风况与当前控制组中每台风电机组的最佳控制策略分别对每台风电机组进行模拟控制，根据模拟控制中相邻上下游风电机组之间的尾流传递时间分别确定每台下游风电机组的延迟控制时间；
根据当前控制组中首台风电机组的控制时刻以及每台所述下游风电机组的延迟控制时间，分别确定每台所述下游风电机组的控制时刻；
在每台风电机组的控制时刻并采用每台风电机组的最佳控制策略分别对每台风电机组进行控制，以实现对风电场中的风电机组进行分批次延迟控制。
2.根据权利要求1所述的风电场分批次延迟控制方法，其特征在于，所述入流风况包括入流风向，“根据尾流效应确定在当前入流风况下风电场内风电机组的多个控制组”的步骤具体包括：
步骤S11：通过下列步骤S111至步骤S114构建不同入流风况各自对应的控制组的控制组表：
步骤S111：针对每个入流风况，以当前入流风况的入流风向为纵轴并以垂直所述入流风向的方向为横轴构建当前入流风况对应的风电场坐标系，根据尾流效应获取在所述流入风向下风电场中不受尾流影响的风电机组的集合以及所述集合中每台风电机组在所述风电场坐标系下的位置坐标；
步骤S112：根据所述集合中风电机组的数量，将所述风电场中的风电机组划分为多个控制组，其中，所述控制组的数量等于所述集合中风电机组的数量，所述集合中的风电机组依次作为每个控制组中的第一台风电机组；
步骤S113：针对每个控制组，当所述风电场中其他风电机组的纵坐标与当前控制组的第一台风电机组的纵坐标的差值绝对值小于预设阈值时，将所述其他风电机组添加至所述第一台风电机组所属的控制组中；
步骤S114：根据所述控制组中每台风电机组的横坐标，分别为每个所述风电机组进行编号，以建立所述风电场的控制组表；
步骤S12：根据当前入流风况查询所述控制组表，确定在当前入流风况下风电机组的多个控制组。
3.根据权利要求2所述的风电场分批次延迟控制方法，其特征在于，“以风电场的全场功率最大为控制目标，分别确定每个控制组中每台风电机组的最佳控制策略”的步骤具体包括：
步骤S21：通过下列步骤S211至步骤S212构建在不同入流风况下不同控制组各自对应的最佳控制策略的最佳控制策略表：
步骤S211：针对每个入流风况，设置所述风电场的控制变量，根据所述入流风况获取所述全场功率最大时所述风电场中每台风电机组的优化后的控制变量，作为所述风电机组在所述入流风况下的最佳控制策略；
步骤S212：根据所述控制组表和所述最佳控制策略，构建所述入流风况下不同控制组对应的最佳控制策略的最佳控制策略表；
步骤S22：根据当前入流风况与控制组查询所述最佳控制策略表，确定在当前入流风况下每个控制组中每台风电机组的最佳控制策略。
4.根据权利要求3所述的风电场分批次延迟控制方法，其特征在于，“根据当前入流风况与当前控制组中每台风电机组的最佳控制策略分别对每台风电机组进行模拟控制，根据模拟控制中相邻上下游风电机组之间的尾流传递时间分别确定每台下游风电机组的延迟控制时间”的步骤具体包括：
步骤S31：通过下列步骤S311至步骤S314构建在不同入流风况下使用不同控制组各自对应的最佳控制策略对风电机组进行控制时不同控制组各自对应的延迟控制时间表：
步骤S311：针对每个入流风况，将所述入流风况和每台风电机组的最佳控制策略输入预设的风电场仿真模型，获得所述风电场的流场风速分布；
步骤S312：计算所述风电场中相邻上下游风电机组之间的间距，并将所述流场风速分布分别按照所述风电机组的风轮展向和所述相邻上下游风电机组之间垂直于所述风轮平面方向进行点位划分，根据划分结果获得多个点位，根据所述多个点位上的风速，计算所述风电机组的轮毂高度处的风速平均值；
步骤S313：根据所述风速平均值，按照以下公式计算所述风电场中相邻上下游风电机组间的尾流传递时间
将尾流传递时间
作为所述相邻上下游风电机组中下游风电机组的延迟控制时间ti；
其中，j表示第j个控制组，i表示控制组j中的第i台风电机组的编号，i-1表示第i台风电机组的上游风电机组的编号，
表示所述第i台风电机组和第i台风电机组的上游风电机组之间的间距，
表示所述风速平均值，
表示所述第i台风电机组和第i台风电机组的上游风电机组间的尾流传递时间；
步骤S314：根据所述延迟控制时间和所述控制组表，建立所述入流风况下的控制延迟时间表；
步骤S32：根据当前入流风况和控制组查询所述延迟控制时间表，确定在当前入流风况下每个控制组中每台下游风电机组的延迟控制时间。
5.根据权利要求1所述的风电场分批次延迟控制方法，其特征在于，“根据当前控制组中首台风电机组的控制时刻以及每台所述下游风电机组的延迟控制时间，分别确定每台所述下游风电机组的控制时刻”的步骤具体包括，根据以下公式计算每台所述下游风电机组的控制时刻：
其中，n为控制组j中风电机组的数量，i表示控制组j中的第i台风电机组的编号，i-1表示第i台风电机组的上游风电机组的编号，
为控制组j中第i台风电机组的控制时刻，
为控制组j中第i-1台风电机组的控制时刻，ti表示根据所述第i台风电机组和第i台风电机组的上游风电机组间的尾流传递时间
确定的所述第i台风电机组的延迟控制时间。
6.根据权利要求3所述的风电场分批次延迟控制方法，其特征在于，所述控制变量为偏航角度，“据所述入流风况获取所述全场功率最大时所述风电场中每台风电机组的优化后的控制变量”的步骤包括：
步骤S41：随机设置所述风电场中的风电机组的偏航角度，根据预设的风电场仿真模型，获取所述偏航角度对应的风电场的全场功率；
步骤S42：判断所述全场功率是否为所述风电场的最大功率；若是，则跳转至步骤S44；若否，则跳转至步骤S43；
步骤S43：更新所述偏航角度，跳转至步骤S41；
步骤S44：输出所述全场功率为最大功率时，所述风电场中每台风电机组的偏航角度，将所述偏航角度作为优化后的控制变量。
7.根据权利要求3所述的风电场分批次延迟控制方法，其特征在于，所述控制变量为所述风电机组的桨距角度或转速值。
8.一种控制装置，包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行权利要求1至7中任一项所述的风电场分批次延迟控制方法。
9.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行权利要求1至7中任一项所述的风电场分批次延迟控制方法。
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Citations (6)
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-
2021
- 2021-12-22 CN CN202111582693.6A patent/CN114412707B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114412707B (zh) | 2023-03-10 |
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