一种基于风矢量外推分析的风电场机群功率提升控制方法、系统、设备及介质与流程

本发明属于风力发电技术，具体涉及一种基于风矢量外推分析的风电场机群功率提升控制方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源利用方式，具有清洁、环保、无污染、无耗尽等优点。随着风力发电技术的发展，风电场的规模和数量不断增加，风电场的机群控制成为提高风电场的发电效率和经济性的重要手段。风电场的机群控制主要是指根据风电场的风场条件、功率需求和约束条件，对风电场内的各台风机进行协调控制，使风电场的机群功率达到最优或者接近最优。风电场的机群控制涉及风场参数的测量和预测、风机的入流风矢量的计算、风机的理论功率和实际功率的计算、风机的运行状态和参数的调节等多个环节。

2、目前，风电场的机群控制主要采用两种方法：一种是基于风机的功率曲线和尾流模型的方法，另一种是基于风机的入流风矢量的方法。前者主要是根据风机的功率曲线和尾流模型，计算出风机的理论功率和实际功率，然后根据风电场的机群功率目标和约束条件，优化风机的桨距角和转速，实现风电场的机群功率提升和优化控制。后者主要是根据风机的入流风矢量，即风机轮毂处的风速和风向，计算出风机的理论功率和实际功率，然后根据风电场的机群功率目标和约束条件，优化风机的桨距角和转速，实现风电场的机群功率提升和优化控制。

3、这两种方法都有各自的优缺点。基于风机的功率曲线和尾流模型的方法，优点是计算简单，不需要对风场参数进行精细化测量和预测，缺点是忽略了风场参数的变化对风机的入流风矢量的影响，可能导致风机的运行状态和参数的调节不准确，从而影响风电场的机群功率的提升和优化。基于风机的入流风矢量的方法，优点是考虑了风场参数的变化对风机的入流风矢量的影响，可以更准确地计算出风机的理论功率和实际功率，从而更有效地优化风机的运行状态和参数，提高风电场的机群功率的提升和优化，缺点是需要对风场参数进行精细化测量和预测，计算复杂，需要更多的传感器和计算设备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于风矢量外推分析的风电场机群功率提升控制方法、系统、设备及介质，解决了现有的风电场机群功率控制方法存在风机的运行状态和参数的调节不准确，从而影响风电场的机群功率的提升和优化、或计算复杂的缺陷。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、本发明提供的一种基于风矢量外推分析的风电场机群功率提升控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1，获取目标风电场的风场参数；

5、步骤2，利用得到的风场参数计算目标风电场每台风电机组对应的实际功率；

6、步骤3，根据目标风电场的机群功率目标，结合每台风电机组对应的实际功率，建立目标风电场每个风机桨距角和转速的优化问题；

7、步骤4，求解目标风电场每个风机桨距角和转速的优化问题，得到每个风机对应的最优桨距角和最优转速，利用得到的最优桨距角和最优转速对目标风电场机群功率进行提升和控制。

8、优选地，步骤1中，获取目标风电场的风场参数，具体方法是：

9、在目标风电场区域的边缘位置处和目标风电场区域内部均布置多个激光雷达，位于边缘位置处的激光雷达数量大于内部位置的激光雷达数量；

10、利用激光雷达采集得到目标风电场的风场参数，所述风场参数包括风速、风向和风切变。

11、优选地，步骤2中，利用得到的风场参数计算每台风电机组对应的实际功率，具体方法是：

12、利用风矢量外推法结合得到的风场参数计算目标风电场每台风电机组的入流风矢量；

13、根据每台风电机组对应的风能公式和尾流模型，结合每台风电机组对应的入流风矢量计算得到每台风电机组对应的实际功率。

14、优选地，利用风矢量外推法结合得到的风场参数计算目标风电场每台风电机组的入流风矢量，具体方法是：

15、从目标风电场区域布置的多个激光雷达中选取设定数量的距离该某台风机最近的激光雷达，作为待处理激光雷达，待处理激光雷达包括位于目标风电场区域边缘位置处和位于目标风电场区域内部位置处的激光雷达；

16、获取该某台风机对应的风矢量数据源，所述风矢量数据源包括待处理激光雷达中位于目标风电场区域边缘位置处每个激光雷达与该某台风机之间的距离重要度、以及每个待处理激光雷达测量得到的风场参数、风矢量倾角、风矢量方位角和风切变幂指数；

17、根据得到的风矢量数据源计算该某台风机对应的入流风矢量。

18、优选地，步骤3中，根据目标风电场的机群功率目标，结合理论功率和尾流损失，建立目标风电场每个风机桨距角和转速的优化问题，具体方法是：

19、根据每台风电机组的性能和安全要求，设定每台风电机组对应的桨距角和转速的最大值和最小值；

20、根据每台风电机组对应的桨距角和转速的最大值和最小值设定约束条件；

21、根据风电场的机群功率目标和约束条件，建立目标风电场每个风机桨距角和转速的优化问题。

22、优选地，建立得到的目标风电场每个风机桨距角和转速的优化问题的表达式为：

23、

24、s.t.pi′≥0，i＝1，2，...，60

25、θimin≤θi≤θimax，i＝1，2，...，60

26、ωimin≤ωi≤ωimax，i＝1,2，...，60

27、其中，为整场最大功率输出优化目标函数；s.t.为边界条件符号；θimin、θimax、ωimin、ωimax分别为第i个风机对应的桨距角和转速的最小值和最大值。

28、优选地，步骤4中，利用采用模拟退火智能优化算法求解目标风电场每个风机桨距角和转速的优化问题，得到每个风机对应的最优桨距角和最优转速。

29、一种基于风矢量外推分析的风电场机群功率提升控制系统，包括：

30、风场参数获取单元，用于获取目标风电场的风场参数；

31、参数计算单元，用于利用得到的风场参数计算目标风电场每台风电机组对应的实际功率；

32、优化问题建立单元，用于根据目标风电场的机群功率目标，结合每台风电机组对应的实际功率，建立目标风电场每个风机桨距角和转速的优化问题；

33、最优解计算单元，用于求解目标风电场每个风机桨距角和转速的优化问题，得到每个风机对应的最优桨距角和最优转速，利用得到的最优桨距角和最优转速对目标风电场机群功率进行提升和控制。

34、一种处理设备，所述处理设备至少包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现所述方法的步骤。

35、一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现所述方法的步骤。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

37、本发明提供的一种基于风矢量外推分析的风电场机群功率提升控制方法，通过对风电场内的风速、风向、风切变等风场参数进行精细化测量和外推分析，得到每台风电机组的入流风矢量，从而更准确地计算出风机的实际功率，利用实际功率度每台风电机组的桨距角和转速进行优化，进而使得每台风电机组的运行状态达到最优，同时优化了风电场机群的功率分配，最终提高了风电场的整体发电效率和经济性。

38、进一步的，本发明采用风矢量外推法将测风塔的风速外推至风机轮毂高度处，得到风机的入流风矢量，简化了风场参数的测量和预测，降低了计算复杂度和设备成本，提高了风电场的机群控制的可行性和实用性。

39、综上，本发明适用于各种风电场的机群控制，具有广泛的应用前景和社会效益。