本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電，具體而言涉及一種用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、目前我國的風(fēng)力發(fā)電場越來越集中化，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)集中排布的發(fā)電場中，尾流效應(yīng)會(huì)對(duì)下游機(jī)組的發(fā)電量和疲勞產(chǎn)生不利影響。因此，會(huì)采用一些優(yōu)化算法來計(jì)算每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航，從而實(shí)現(xiàn)全場發(fā)電功率最高。序列二次優(yōu)化(slsqp)方法是其中常用的優(yōu)化方法。然而，直接采用傳統(tǒng)的序列二次優(yōu)化方法需要對(duì)優(yōu)化方向進(jìn)行一維非精確搜索，一般采用wolfe準(zhǔn)則，這需要在單次迭代過程中計(jì)算多次梯度，降低計(jì)算效率，難以滿足在線控制的要求。另外，序列二次優(yōu)化方法無法處理不連續(xù)的優(yōu)化問題，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)切入速度附近的偏航優(yōu)化問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題而提出一種用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提出一種用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法，包括：

3、s1、獲取風(fēng)電場中所有風(fēng)電機(jī)組的機(jī)組信息并確定尾流模型；

4、s2、實(shí)時(shí)采集風(fēng)電場的風(fēng)速、風(fēng)向和湍流強(qiáng)度信息；

5、s3、假設(shè)所有機(jī)組的葉輪朝向全部正對(duì)風(fēng)向，計(jì)算風(fēng)電場的全場發(fā)電功率p0，設(shè)置功率因數(shù)α＝1，得到特征功率αp0；

6、s4、風(fēng)電場總功率通過αp0無量綱化并計(jì)算風(fēng)電場總功率隨風(fēng)電機(jī)組偏航的梯度矢量；

7、s5、以風(fēng)電場整體發(fā)電量最優(yōu)為目標(biāo)，根據(jù)步驟s1的機(jī)組信息和步驟s4的梯度算法，通過尾流模型，得出風(fēng)電場各風(fēng)電機(jī)組的偏航序列；

8、s6、根據(jù)上述各風(fēng)電機(jī)組的偏航序列，計(jì)算全場發(fā)電功率p，判斷p與p0之間的大小關(guān)系；

9、s7、如果p≥p0，按照偏航序列對(duì)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組執(zhí)行偏航動(dòng)作，如果p＜p0，通過增大功率因數(shù)α提高特征功率αp0，并執(zhí)行步驟s4及后續(xù)步驟，直到p≥p0，停止迭代。

10、進(jìn)一步地，所述步驟s3具體包括：

11、s31、根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向和各風(fēng)電機(jī)組位置坐標(biāo)(xi,yi)，通過尾流模型，計(jì)算每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的來流風(fēng)速ui；

12、s32、根據(jù)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的偏航角γi，得到每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組來流風(fēng)速垂直于葉輪平面的分量uicosγi；

13、s33、根據(jù)已知的風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速-發(fā)電功率曲線pi(uicosγi)，得到每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電功率，進(jìn)而求和得到風(fēng)電場總功率p，從而得到風(fēng)電場總功率p與各風(fēng)電機(jī)組偏航角(γ1,γ2,γ3,…,γn)之間的關(guān)系p＝f(γ1,γ2,γ3,…,γn)；

14、s34、使γ1,γ2,γ3,…,γn均為0，得到p0。

15、進(jìn)一步地，所述步驟s4具體包括：

16、s41、基于風(fēng)電場總功率p與各風(fēng)電機(jī)組偏航角(γ1,γ2,γ3,…,γn)之間的關(guān)系p＝f(γ1,γ2,γ3,…,γn)，確立原始梯度：

17、gi＝(f(γ1,γ2,γ3,…,γi+δ…,γn)-f(γ1,γ2,γ3,…,γi-δ…,γn))

18、/2δ；

19、s42、在原始梯度的基礎(chǔ)上，結(jié)合特征功率，得到縮小的梯度矢量：

20、gi＝(f(γ1,γ2,γ3,…,γi+δ…,γn)-f(γ1,γ2,γ3,…,γi-δ…,γn))

21、/2δ/αp0

22、其中δ是一個(gè)小量。

23、進(jìn)一步地，所述步驟s5具體包括：

24、s51、根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向和各風(fēng)電機(jī)組位置坐標(biāo)(xi,yi)，通過尾流模型，計(jì)算每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的來流風(fēng)速ui；

25、s52、根據(jù)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的偏航角γi，得到每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組來流風(fēng)速垂直于葉輪平面的分量uicosγi；

26、s53、根據(jù)已知的風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速-發(fā)電功率曲線pi(uicosγi)，得到每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電功率，進(jìn)而求和得到風(fēng)電場總功率p，從而得到風(fēng)電場總功率p與各風(fēng)電機(jī)組偏航角(γ1,γ2,γ3,…,γn)之間的關(guān)系p＝f(γ1,γ2,γ3,…,γn)；

27、s54、按照梯度矢量gi＝(f(γ1,γ2,γ3,…,γi+δ…,γn)-f(γ1,γ2,γ3,…,γi-δ…,γn))/2δ/αp0，以風(fēng)電場總功率p最大為目標(biāo)，對(duì)各風(fēng)電機(jī)組偏航角(γ1,γ2,γ3,…,γn)進(jìn)行優(yōu)化，得到當(dāng)前梯度條件下的最優(yōu)偏航序列。

28、進(jìn)一步地，所述步驟s1的機(jī)組信息包括機(jī)組位置坐標(biāo)、葉輪直徑、葉輪高度、功率曲線、推力系數(shù)曲線、運(yùn)行狀態(tài)、最大偏航角、切入速度、切出速度、尾流寬度增長率、湍流強(qiáng)度、空氣密度。

29、進(jìn)一步地，所述功率曲線構(gòu)造為，在切入風(fēng)速附近，機(jī)組功率與來流風(fēng)速成三次方關(guān)系。

30、進(jìn)一步地，所述步驟s1的尾流模型包括尾流衰減模型、尾流偏移模型、尾流疊加模型。

31、第二方面，本發(fā)明提供一種風(fēng)電場偏航控制設(shè)備，包括處理器和存儲(chǔ)有程序指令的存儲(chǔ)器，所述處理器被配置為在執(zhí)行所述程序指令時(shí)，執(zhí)行上述用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法。

32、第三方面，本發(fā)明提供一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有程序指令，所述程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法。

33、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有風(fēng)電場偏航控制采用序列二次優(yōu)化方法所存在的計(jì)算效率問題，在假設(shè)所有機(jī)組完全正對(duì)風(fēng)向的情況下計(jì)算得到全場發(fā)電功率p0，并通過縮小原問題梯度對(duì)偏航序列進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算得到全場總功率p，根據(jù)p與p0的比較結(jié)果確定是否進(jìn)一步縮小梯度并繼續(xù)迭代，直到p≥p0。該方案采用縮小梯度的方式降低迭代步長，避免求解二次規(guī)劃子問題過程中的一維搜索，減少計(jì)算最優(yōu)偏航角的迭代次數(shù)從而縮短計(jì)算時(shí)間；即只以局部最優(yōu)解為目標(biāo)，不追求可能的全局最優(yōu)解，能夠?qū)崿F(xiàn)全場發(fā)電量與在線控制速度之間的平衡，在不顯著降低全場發(fā)電量的前提下，大幅提升計(jì)算效率，從而在不增加新硬件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)快速在線控制。

技術(shù)特征：

1.一種用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟s3具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟s4具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟s5具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟s1的機(jī)組信息包括機(jī)組位置坐標(biāo)、葉輪直徑、葉輪高度、功率曲線、推力系數(shù)曲線、運(yùn)行狀態(tài)、最大偏航角、切入速度、切出速度、尾流寬度增長率、湍流強(qiáng)度、空氣密度。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法，其特征在于，所述功率曲線構(gòu)造為，在切入風(fēng)速附近，機(jī)組功率與來流風(fēng)速成三次方關(guān)系。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟s1的尾流模型包括尾流衰減模型、尾流偏移模型、尾流疊加模型。

8.一種風(fēng)電場偏航控制設(shè)備，其特征在于，包括處理器和存儲(chǔ)有程序指令的存儲(chǔ)器，所述處理器被配置為在執(zhí)行所述程序指令時(shí)，執(zhí)行如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法。

9.一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有程序指令，所述程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于風(fēng)電場偏航控制的優(yōu)化方法、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，該方法包括：獲取機(jī)組信息并確定尾流模型；實(shí)時(shí)采集風(fēng)電場的風(fēng)速、風(fēng)向和湍流強(qiáng)度信息；假設(shè)所有機(jī)組的葉輪全部正對(duì)風(fēng)向，計(jì)算風(fēng)電場的全場發(fā)電功率P<subgt;0</subgt;，設(shè)置功率因數(shù)α＝1；風(fēng)電場總功率通過αP<subgt;0</subgt;無量綱化并計(jì)算隨機(jī)組偏航的梯度矢量；以風(fēng)電場整體發(fā)電量最優(yōu)為目標(biāo)，根據(jù)上述機(jī)組信息和梯度算法，通過尾流模型，得出風(fēng)電場各風(fēng)電機(jī)組的偏航序列；根據(jù)偏航序列計(jì)算全場發(fā)電功率P，判斷P與P<subgt;0</subgt;之間的關(guān)系；如果P≥P<subgt;0</subgt;，按照偏航序列執(zhí)行偏航動(dòng)作，如果P＜P<subgt;0</subgt;，通過增大α提高αP<subgt;0</subgt;，重新計(jì)算偏航序列并執(zhí)行后續(xù)步驟，直到P≥P<subgt;0</subgt;，停止迭代。本發(fā)明能提高計(jì)算效率，實(shí)現(xiàn)快速在線控制。

技術(shù)研發(fā)人員：劉敏,丁夢(mèng)頡,劉雪飛,張靜,路圓圓,李磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華銳風(fēng)電科技（集團(tuán)）股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15