技術(shù)特征：

1.一種基于模型預(yù)測控制的風(fēng)電場有功功率控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、根據(jù)風(fēng)機(jī)出廠參數(shù)，從切入風(fēng)速v_in到額定風(fēng)速v_rated再到切出風(fēng)速v_out將風(fēng)電機(jī)組所處風(fēng)況進(jìn)行分類，再根據(jù)分類結(jié)果，將來自電網(wǎng)調(diào)度中心的有功調(diào)度功率和從公共鏈接點(diǎn)測量得到的風(fēng)電場實(shí)時(shí)有功出力進(jìn)行風(fēng)電場級(jí)有功參考值分配，使每類風(fēng)電機(jī)組分配到有功功率參考值其中，i＝1,2,…,n，n表示風(fēng)電機(jī)組分類總數(shù)；

(2)、對(duì)分類后的每一類風(fēng)電機(jī)組按照分類類別進(jìn)行等值建模，再在等值建模基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)每一類風(fēng)電機(jī)組的模型預(yù)測控制器，最后利用模型預(yù)測控制器對(duì)進(jìn)行修定，得到有功功率值P_i^ref；

(3)、將有功功率值P_i^ref按照單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組在該類風(fēng)機(jī)機(jī)組中的出力比例分配給單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，使每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組分配到輸出功率值j＝1,2,…,m_i，m_i表示第i類風(fēng)電機(jī)組的總臺(tái)數(shù)；

(4)、每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組按照分配到的輸出功率值進(jìn)行輸出，從而完成整個(gè)風(fēng)電場的有功功率控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模型預(yù)測控制的風(fēng)電場有功功率控制方法，其特征在于，所述步驟(1)中，每類風(fēng)電機(jī)組分配到有功功率參考值的具體步驟為：

(2.1)、功率預(yù)處理

計(jì)算每類風(fēng)電機(jī)組的有功出力P_i^out：

其中，表示第i類風(fēng)電機(jī)組中第j臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的出力，m_i表示第i類風(fēng)電機(jī)組的總臺(tái)數(shù)；

計(jì)算整個(gè)風(fēng)電場有功出力

其中，P_i^out是第i類風(fēng)電機(jī)組有功出力，n表示風(fēng)電機(jī)組分類總數(shù)；

計(jì)算風(fēng)電場待調(diào)控量ΔP：

其中，是來自電網(wǎng)調(diào)度中心的有功調(diào)度功率；

(2.2)、分配每類風(fēng)電機(jī)組有功功率參考值

(2.2.1)、當(dāng)ΔP＞0時(shí)，則表明那么每類風(fēng)電機(jī)組的有功功率參考值的分配步驟為：

1)、計(jì)算每類風(fēng)電機(jī)組的升功率能力：ΔP_i^up＝P_i^max-P_i^out

2)、按照預(yù)設(shè)的調(diào)控順序，依次累加每類風(fēng)電機(jī)組升功率能力，當(dāng)時(shí)，按照如下公式進(jìn)行分配，得到每類風(fēng)電機(jī)組的有功參考值

$\stackrel{\‾}{P_i^{ref}}=\left\{\begin{array}{cc}{P}_i^{\max },& 1\≤i\<t\\ P_t^{out}+\mathrm{\Δ}P-\left({\mathrm{\ΔP}}_{t-1}^{up}+{\mathrm{\ΔP}}_{t-2}^{up}+\mathrm{...}{\mathrm{\ΔP}}_1^{up}\right),& i=t\\ P_i^{out},& t\<i\≤n\end{array}\right.;$

其中，ΔP_i^up表示第i類風(fēng)電機(jī)組升功率的能力，P_i^max表示第i類風(fēng)電機(jī)組有功輸出最大值，t表示依次累加到第t類風(fēng)電機(jī)組即可滿足調(diào)度目標(biāo)；

(2.2.2)、當(dāng)ΔP≥0時(shí)，表明那么每類風(fēng)電機(jī)組的有功功率參考值的分配步驟為：

1)、計(jì)算每類風(fēng)電機(jī)組的降功率能力：ΔP_i^down＝P_i^out-P_i^min

2)、按照預(yù)設(shè)的調(diào)控順序，依次累加每類風(fēng)電機(jī)組降功率能力，當(dāng)時(shí)，按照如下公式進(jìn)行分配，得到每類風(fēng)電機(jī)組的有功參考值

$\stackrel{\‾}{P_i^{ref}}=\left\{\begin{array}{cc}{P}_i^{\min },& 1\≤i\<t\\ P_t^{down}-\[\left|\mathrm{\Δ}P\right|-\left({\mathrm{\ΔP}}_{t-1}^{down}+{\mathrm{\ΔP}}_{t-2}^{down}+\mathrm{...}{\mathrm{\ΔP}}_1^{down}\right)\],& i=t\\ P_i^{out},& t\<i\≤N\end{array}\right.;$

其中，ΔP_i^down表示第i類機(jī)組降功率的能力，P_i^min表示第i類機(jī)組有功輸出最小值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模型預(yù)測控制的風(fēng)電場有功功率控制方法，其特征在于，所述步驟(2)中，對(duì)每一類風(fēng)電機(jī)組按照分類類別進(jìn)行等值建模的方法為：

(3.1)、設(shè)步驟(1)中風(fēng)電機(jī)組所處風(fēng)況況劃分為n類，其中，低風(fēng)速區(qū)機(jī)組占k-1類，表示為T₁,T₂,…T_k-1；臨近額定風(fēng)速機(jī)組占一類，表示為T_k；高風(fēng)速區(qū)機(jī)組占n-k類，表示為T_k+1,T_k+2,…T_n；

(3.2)、對(duì)各類風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行等值

(3.2.1)、以容量等值為前提，分別對(duì)各類風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行等值；

1)、對(duì)低風(fēng)速區(qū)機(jī)組進(jìn)行等值：

1.1)、風(fēng)速等值

根據(jù)風(fēng)速-功率函數(shù)計(jì)算第i風(fēng)電機(jī)組中每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組功率：P_ij＝F(v_ij)

計(jì)算第i風(fēng)電機(jī)組的等值有功功率P_i^eq：

采用倒推法計(jì)算第i類風(fēng)電機(jī)組的等值風(fēng)速

其中，j表示第i類風(fēng)電機(jī)組中第j臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，m_i表示第i類風(fēng)電機(jī)組的總臺(tái)數(shù)，F(xiàn)(v_ij)為風(fēng)速-功率函數(shù)，v_ij表示第i類風(fēng)電機(jī)組中第j臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速；

1.2)、轉(zhuǎn)矩等值

$T_{i,eq}^{wt}=T_{ij*}^{wt}$

其中，為第i類風(fēng)電機(jī)組的等值轉(zhuǎn)矩，其值相當(dāng)于第i類中某臺(tái)特定機(jī)組j^*的轉(zhuǎn)矩；

2)、對(duì)臨近額定風(fēng)速機(jī)組和高風(fēng)速區(qū)機(jī)組進(jìn)行等值；

2.1)、風(fēng)速等值：

2.2)、轉(zhuǎn)矩等值：

(3.3)、根據(jù)等值建立狀態(tài)空間模型

(3.3.1)、將風(fēng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩在給定穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)的一階泰勒展開近似得到：

${\mathrm{\δT}}_t=K_{\mathrm{\ω}}({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}){\mathrm{\δ\ω}}_t+K_v({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}})\mathrm{\δ}v+K_{\mathrm{\β}}({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}})\mathrm{\δ}\mathrm{\β}$

$\left.\begin{array}{c}{K}_{\mathrm{\ω}}\left({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}\right){\mathrm{\δ\ω}}_t=\frac{\∂T_t}{\∂{\mathrm{\ω}}_t}{|}_{\left({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}\right)}\\ K_v\left({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}\right)\mathrm{\δ}v=\frac{\∂T_t}{\∂v}{|}_{\left({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}\right)}\\ K_{\mathrm{\β}}\left({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}\right)\mathrm{\δ}\mathrm{\β}=\frac{\∂T_t}{\∂\mathrm{\β}}{|}_{\left({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}\right)}\end{array}\right\}$

其中，δ表示變量與其穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)的偏差，ρ是空氣密度，R是風(fēng)輪半徑，v是風(fēng)速，C_p(λ，β)是功率利用系數(shù)，β是槳距角，λ是葉尖速比，ω_t是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，T_t可看作關(guān)于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速ω_t、槳距角β和風(fēng)速v的函數(shù)，上劃線表示其穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)；

(3.3.2)、建立狀態(tài)空間模型

$\stackrel{\·}{x}=Ax+B_{u}u+B_{d}d$

y＝δP_g＝Cx

其中，d＝δv

$A=\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& -1& 0& 0\\ -K_S/J_t& (K_{{\mathrm{\ω}}_t}-B_S)/J_t& B_S/J_t& 0& K_{\mathrm{\β}}/J_t\\ K_S/J_g& B_S/J_g& -B_S/J_g& -1/J_g& 0\\ 0& 0& 0& -1/{\mathrm{\τ}}_g& 0\\ 0& 0& 0& 0& -1/\mathrm{\τ}\end{array}\right]$

$\begin{array}{cc}{B}_u=\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& 0\\ 0& 0\\ 1/{\mathrm{\τ}}_g& 0\\ 0& 1/\mathrm{\τ}\end{array}\right]& B_d=\left[\begin{array}{c}0\\ K_v/J_t\\ 0\\ 0\\ 0\end{array}\right]\end{array}$

$C=\left[\begin{array}{ccccc}0& 0& \mathrm{\η}{\stackrel{\‾}{T}}_g& \mathrm{\η}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_g& 0\end{array}\right]$

其中，ω_g是電機(jī)轉(zhuǎn)速，T_g是電磁轉(zhuǎn)矩，上標(biāo)*表示給定值，K_s和B_s分別表示轉(zhuǎn)動(dòng)軸的等值彈性系數(shù)和等值阻尼系數(shù)，J_t和J_g分別表示風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，τ_g和τ分別表示機(jī)電時(shí)間常數(shù)和槳距角時(shí)間常數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模型預(yù)測控制的風(fēng)電場有功功率控制方法，其特征在于，所述步驟(2)中，模型預(yù)測控制器的設(shè)計(jì)流程為：

(4.1)、將狀態(tài)空間模型離散化，得到：

x(k+1)＝A′x(k)+B_u′u(k)+B_d′d(k)

y(k+1)＝C′x(k)

(4.2)、設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及約束條件

優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

約束條件為：

其中，n_c,n_p分別表示控制時(shí)域和預(yù)測時(shí)域，Q_P，Q_R，Q_S分別表示權(quán)重系數(shù)，分別表示第i類風(fēng)電機(jī)組電磁轉(zhuǎn)矩和槳距角的最大值，且分別表示第i類風(fēng)電機(jī)組電磁轉(zhuǎn)矩給定值與槳距角給定值在兩個(gè)采樣時(shí)刻之差，分別表示第i類風(fēng)電機(jī)組的電磁轉(zhuǎn)矩給定值，已知采樣時(shí)間和變化率約束兩者相乘則可計(jì)算得到分別表示第i類風(fēng)電機(jī)組電磁轉(zhuǎn)矩的最小值和最大值，槳距角的最小值和最大值。