機組功率優(yōu)化分配策略

1、4.2機組功率優(yōu)化分配策略風電場全局優(yōu)化分配策略是以調(diào)度周期內(nèi)的風速預(yù)測信息和電網(wǎng)調(diào)度中心 下達的風電場發(fā)電計劃為基礎(chǔ)，綜合考慮機組的預(yù)測信息、運行狀態(tài)和控制特性 等因素，通過優(yōu)化算法計算出調(diào)度周期內(nèi)場內(nèi)各風機的有功出力指令，由于其涉 及的信息較多，所需計算求解時間較長，因此適用于長時間尺度下的全局優(yōu)化調(diào) 度。4.2.1優(yōu)化目標綜合考慮場內(nèi)各風機的預(yù)測信息、運行狀態(tài)與控制特性，優(yōu)化風電場的整體 運行狀態(tài)，結(jié)合風電場實際運行中的具體需求，主要考慮以下3個控制目標：風電場發(fā)電誤差最小風電場有功控制的最根本目的即使風電場的出力能夠準確跟蹤調(diào)度中心下 達的風電場出力計劃，風電場實際輸出功率與調(diào)度指令之

2、間的誤差值應(yīng)盡可能最 小化。當風電場預(yù)測功率大于調(diào)度指令時，風電場應(yīng)按照調(diào)度指令恒定輸出；當 預(yù)測功率小于調(diào)度指令時，風電場出力應(yīng)盡可能接近調(diào)度要求，按最大輸出能力 進行輸出。風機啟停次數(shù)最少風電機組的啟停過程需要剎車系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)以及并網(wǎng)變頻器等控制系統(tǒng)協(xié) 調(diào)操作共同完成。而風電機組頻繁啟停會對剎車系統(tǒng)的變槳油缸和葉尖鋼絲繩造 成損傷；啟停過程中槳距角需要從90。到0。之間進行大范圍的調(diào)整，如果采用液 壓變槳執(zhí)行機構(gòu)，液壓站的頻繁打壓會使其機械受損，如果采用的是電機伺服， 頻繁使用電機變槳距也會使蓄電池的壽命收到影響；同時啟停過程中需要對并網(wǎng) 開關(guān)進行投切，變頻器的頻繁吸合除了會對變頻器本身

3、造成損傷，同時也會對電 網(wǎng)造成沖擊。因此，在風電場在制定各風機的調(diào)度指令與啟停計劃時，應(yīng)盡量減 少風電機組的啟停次數(shù)，避免頻繁啟停對機組本身帶來的機械損失。機組控制指令變幅最小風電機組的有功出力指令通常由其在下一調(diào)度周期內(nèi)的發(fā)電能力所決定，而 在風速變幅較大的風況下，風機接受到有功調(diào)度指令也會大幅變動。對于單臺風 機而言，有功調(diào)度指令上下大范圍上動，會使風電機組主控系統(tǒng)頻繁動作，從而 導致風機機械損耗增加，簡短其運行壽命；同時風機運行狀態(tài)切換次數(shù)增加，也 易引起風機有功出力波動，降低風電場輸出功率的可靠性。所以，在風電場有功 分配時，為延長風機使用壽命、提高風電場出力的穩(wěn)定性，應(yīng)減少機組控制指

4、令 變化幅度，平滑風電機組出力波動。4.2.2數(shù)學模型根據(jù)4.2.2節(jié)優(yōu)化目標，建立風電場上層全局優(yōu)化分配數(shù)學模型如下所示：式中，k、k、k分別為3個子目標的權(quán)重系數(shù)；T為納入優(yōu)化考慮范圍內(nèi)的調(diào) 123度周期個數(shù)，為風電場內(nèi)風機個數(shù)；Pref,./為電網(wǎng)在第j個周期下達給風電場 WF的有功輸出計劃值；x.j為機組Z在第j個周期時的運行狀態(tài)，“1”表示運行狀態(tài)，“0”表示停機狀態(tài)；Pref,.j表示機組在第j個周期時接收到的有功出力指令； WTiPj,而n、Pj,max分別為機組i在第j個周期時輸出功率上下限；AP為風電機組功 WTiWTiWTi率指令變化上限值，其值由風機的實際運行狀態(tài)所決定。

5、優(yōu)化模型的目標函數(shù)由3個部分子目標組成：風電場發(fā)電誤差最小、風機啟 停次數(shù)最少與功率指令變化最少。三個子目標中風電場發(fā)電誤差的權(quán)重應(yīng)取最大， 風機啟動次數(shù)與功率指令變化的權(quán)重系數(shù)可根據(jù)風電場的實際運行情況決定;約 束條件有3個：各機組的有功調(diào)度指令應(yīng)處于其下個調(diào)度周期內(nèi)的預(yù)測功率上下 限區(qū)間之內(nèi)；風電場內(nèi)所有運行機組的有功指令之和應(yīng)不超過電網(wǎng)所下達的風電 場功率期望值;場內(nèi)風電機組的功率指令變化不超過功率變化上限。該優(yōu)化模型基于風電場內(nèi)各風速的超短期預(yù)測信息，充分考慮風電機組啟停 與調(diào)度指令變化對風力機運行控制的影響，在滿足風電場按電網(wǎng)調(diào)度中心下達的 功率目標指令進行輸出要求的基礎(chǔ)上，能夠延長

6、風電機組的運行壽命，減少風電 場中相關(guān)設(shè)備的維修成本，并提高風電場輸出功率的穩(wěn)定性。4.2.3求解方法上述優(yōu)化模型在數(shù)學上屬于非線性混合整數(shù)數(shù)學規(guī)劃問題，為降低問題求解 難度以提高計算效率，通過添加輔助變量的方法對所提優(yōu)化模型進行線性化數(shù)學 模型線性化59。1）數(shù)學模型線性化所提優(yōu)化模型中存在兩種非線性形式，一是0-1變量與連續(xù)變量的交叉乘積， 二是目標函數(shù)與約束條件中有帶絕對值號。交叉乘積線性化若在規(guī)劃模型的目標函數(shù)中存在決策變量變量交叉乘積的情況，且其中一個 變量為0-1變量，如：x f，x為0-1變量。如果目標為求最大值，則可以通過 添加輔助變量和附加約束的方法來對其線性化。令p = x

7、 f，線性化后的等價數(shù) 學模型如下所示：式中M為一較大的常值。當x為0時，此時，求p的最大值，則p為0；當x為1時，此時，則p為f。帶絕對值號線性化若在規(guī)劃模型的目標函數(shù)中存在變量帶絕對號，如。通過可以通過添加輔助 變量和附加約束的方式來對其線性化，如果目標為其最小值，可令，則線性化后 的等價數(shù)學模型如下所示：如果，此時，求的最小值，則，；如果，此時，則有。全局優(yōu)化分配線性化數(shù)學模型根據(jù)上述方法對式(4.2)進行線性化，令、，全局優(yōu)化分配數(shù)學模型可以 轉(zhuǎn)化為下式：求解器CPLEX是由ILOG公司開發(fā)的一款高性能的數(shù)學規(guī)劃問題求解器，可以快 速、穩(wěn)定地求解線性規(guī)劃(LP, Linear Programming)、整數(shù)規(guī)劃(IP, Integer Programming) 二次方程規(guī)劃(QP, Quadratic Programming)以及混合整數(shù)規(guī)劃 (MIP, Mixed Integer Programming)等一系列數(shù)學規(guī)劃問題，除了用自帶的優(yōu)化 編程語言 OPL ( Optimal Programming Language)之外,還可以用 C、C+， JAVA、.NET等多種計算機語言進行建模。Yalmip是MATLAB的優(yōu)化工具箱， 除了包含線性規(guī)劃、二值線性規(guī)劃、分支定界算法等基本線性規(guī)劃求解算法外， 還可以對CPLEX