基于模型预测控制的风电集群有功分层控制方法

摘要

风力发电是当今世界应用最广泛、发展最成熟的新能源发电模式，近年来风资源的有效利用改变了世界能源格局。在中国风资源与负荷逆向分布的大背景下，集群风电并入电力系统引发了一系列的问题。实现集群风电的“似常规电源”控制是未来风力发电的发展方向。本文基于国家电网科技项目“风电送出系统功率波动轨迹预测和控制技术研究”，就集群风电并网有功调度控制问题开展了研究，具有一定的研究价值和理论意义。论文的主要研究工作如下:
　　(1)本文研究了包含风电集群的“风火联运”送出系统的多时空尺度调度策略。分析了风电集群参与系统有功控制的可行性和必要性，提出了将集群风电作为一个整体并入系统有功控制体系，减小由于风资源的随机性和波动性为系统调度控制带来的影响。
　　(2)为了提高风电集群追踪系统调度指令的能力、减小集群内部风电场出力波动性以及实现集群内部风电场的功率分配，本文基于模型预测控制理论提出了风电集群的多目标双层MPC有功控制方法。根据优化时域和优化目标的不同，将有功控制分为分群协调层和经济优化分配层，最终可以实现风电集群向上响应调度指令，向下进行功率分配控制的目的。
　　(3)在分群协调层和经济优化分配层中分别建立优化模型。在分群协调层，以跟踪系统下发调度指令和减小风电场群功率波动为目标，建立基于超短期风功率预测的场群出力优化分配模型;在经济优化分配层，建立以最大化风电出力以及最小化集群线损为目标的风电场出力优化分配模型，优化风电场有功出力，提高风电集群的可控性。通过对算例的仿真验证，证明了算法的可行性和有效性。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 风功率预测的国内外研究现状

1．2．2 风电有功功率控制国内外研究现状

1．3 本文的主要内容

第2章 计及集群风电的多时空尺度有功分层调度策略

2．1 风电集群参与调度控制的可行性

2．2 计及风电集群的有功功率控制思路

2．2．1 计及风电集群的多时间尺度有功运行策略

2．2．2 计及风电集群的多空间尺度分层协调运行模式

2．3 多时空尺度分层协调优化运行体系框架

2．4 本章小结

第3章 风电集群有功控制分层协调优化模型

3．1 模型预测控制理论

3．1．1 预测模型

3．1．2 滚动优化

3．1．3 反馈校正

3．2 分层递阶控制理论

3．3 有功功率分层递阶控制框架

3．4 本章小结

第4章 基于模型预测控制的风电集群有功控制方法

4．1 超短期风功率预测模型

4．2 多目标滚动优化模型

4．2．1 风电场动态分群

4．2．2 分群协调层模型

4．2．3 经济分配层模型

4．2．4 滚动优化模型求解方法

4．3 误差分析和反馈校正

4．4 算例分析

4．4．1 算例模型

4．4．2 风电集群有功控制效果对比

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 今后的工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及成果

致谢

作者简介