基于模型预测控制算法的风电场有功控制

摘要

风电存在随机性、间歇性等的特点，并且风电机组本身存在的非线性、强耦合性和不确定性以及风电场环境中风速变化干扰等因素的影响,这些都严重限制了风电场有功功率输出控制能力，给电网制定调度计划带来困难。为了解决此问题，要求风电场及风力发电机组自身具备一定的调控能力，确保风电场有功功率输出不超过调度部门给定的参考值。而模型预测控制能够使具有不确定性的风电场实现协调控制风电有功功率输出，以满足约束条件下跟踪调度需求。
　　本文研究了模型预测控制方法的控制原理和控制算法，将其应用于风电场的有功功率控制系统中。主要做的研究工作如下：
　　1.分析了风电场有功控制系统，其主要构成部分以及控制目标。采用分层控制结构，即场级集中控制层和风电机组控制层。针对控制目标，设计场级集中控制层中模型预测控制的主控器以及分配模块中的分配算法，实现风电场有功功率的控制，满足调度要求。
　　2.研究模型预测控制的控制原理和控制算法，描述模型预测控制应用于控制系统中相对传统控制方法的优势。根据模型预测控制算法的原理提出需要对风电场进行建模，将风电场作为整体而不考虑风电场中风机的具体分布建立其等值模型,而单个机组的模型是建立风电场等值模型的基础。
　　3.由于场级集中控制层分配模块中的分配算法将风电场的功率分配给每台机组，得到的分配功率作为风电机组控制层的功率参考值。将风电机组按运行状态进行分类，在结合风电场的发电能力和调度参考值之间的关系，利用风电功率预测方法得到的预测功率设计分配算法。
　　4.针对场级集中控制层设计主控制器。建立整个风电场的动态模型，以风电场实际输出功率与调度参考值之间误差尽可能小的原则设计了模型预测控制算法中控制目标函数，根据风电场并网对功率变化率存在要求再加上风机自身发电能力得到了约束条件。
　　文章最后，采用组合风速模型模拟风电场中风速数据，同时给出20台风机组成的风电场的调度值进行仿真，并且在相同的风电场环境中，对采用PI控制和模型预测控制的仿真结果进行比较，结果表明在风速干扰下模型预测控制方法能够更加有效的使风电场有功输出功率有效地跟踪调度参考信号。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1. 1本课题研究的背景和意义

1. 2国内外研究现状

1. 3本论文的研究内容

1. 4本文结构安排

第二章 风电场有功功率控制系统

2. 1风电场有功功率控制系统结构

2. 2模型预测控制

2. 3基于MP C的风电场有功控制整体思想

2. 4本章小结

第三章 风电场有功功率分配

3. 1风力发电系统模型

3. 2风电场有功功率分配算法

3. 3本章小结

第四章 风电场场级模型预测控制

4. 1风电场动态等值模型

4. 2风电场场级模型预测控制策略

4. 3本章小结

第五章 仿真与结果分析

5. 1仿真与结果分析

5. 2本章小结

第六章 总结与展望

6. 1总结

6. 2展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果