不確定性條件下風電場有功功率控制方法研究.pdf

1、目前，風電建設已經(jīng)進入大規(guī)模風電場發(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構，其機組級的有功功率控制、風電場級有功功率分配和有功功率輸出控制，是使風電場有功功率輸出滿

2、足電網(wǎng)調度要求的關鍵。隨著電網(wǎng)對風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)成為風力發(fā)電控制技術研究的重點。
　　風電場有功功率控制系統(tǒng)在運行中，受風電機組本身的非線性、強耦合性和不確定性以及風電場環(huán)境中風速干擾等因素的影響，這些嚴重限制了風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電機組最大功率跟蹤控制方法。首先設計高增益觀測器在線估計氣動力矩，并采用Newton-Raphson算法計算當前風速的估計值，從而獲取最優(yōu)轉速。然后對引入高增益觀測器的系統(tǒng)，設計基于反演控制方法的轉速控制器，通過直接控制發(fā)電機電壓實現(xiàn)最優(yōu)轉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。仿真實驗結果表明，該方法無需風速測量，使風電機組能夠對其最大可發(fā)功率進行有效跟蹤。
　　2．針對有功功率參考值躍變和風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。然后設計基于動態(tài)面的自適應轉速控制器，采用自適應控制方法在線補償風速干擾引起的系統(tǒng)參數(shù)不確定

5、性，并根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定性理論推導出動態(tài)面控制的控制律和不確定參數(shù)的調節(jié)律。仿真實驗結果表明，該方法使風電機組在風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測方法。首先，通過緩沖算子對風速異常數(shù)據(jù)進行弱化處理，利用預處理后的風速歷史數(shù)據(jù)，建立超短期風速灰色預測模型，并以添加最新數(shù)據(jù)和剔除最舊數(shù)據(jù)方式更新該預測

6、模型。然后，利用超短期風速預測值，根據(jù)風電機組的風速功率特性曲線，計算其最大可發(fā)功率。實驗結果表明，該方法在風電場有功功率分配周期內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節(jié)裕量不足所引起的風電場有功功率跟蹤誤差。
　　4．針對在外部干擾及系統(tǒng)不確定性下的風電場有功功率輸出控制問題，提出了一種基于滑模變結構的風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)特性對風電場內所有運行機組進行等效化簡，