權(quán)利要求書： 1.一種考慮風(fēng)機(jī)功率優(yōu)化分配的風(fēng)電場雙層頻率控制方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟：步驟1、風(fēng)電場集中控制器計算得到集中預(yù)測控制周期TWF內(nèi)各功率設(shè)定時間點(diǎn)的風(fēng)電場有功功率參考值及各風(fēng)機(jī)有功功率參考值，并下發(fā)至各風(fēng)機(jī)控制器，具體執(zhí)行流程如下：步驟1?1、在集中預(yù)測控制周期TWF內(nèi)，將電力系統(tǒng)各功率設(shè)定時間點(diǎn)頻率的預(yù)測模型定義如下：其中，t代表功率設(shè)定時間點(diǎn)的序號，每個集中預(yù)測控制周期開始時清零，f(t)代表第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的預(yù)測頻率，f(t+1)代表第t+1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的預(yù)測頻率，Kf和Kin分*別代表風(fēng)電場參與調(diào)頻的下垂系數(shù)和慣性系數(shù)，f 代表電力系統(tǒng)額定頻率，H代表電力系統(tǒng)等值慣量；

步驟1?2、計算風(fēng)電場在各功率設(shè)定時間點(diǎn)的有功功率參考值，公式如下：其中，Pref(t)代表風(fēng)電場第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的有功功率參考值， 代表風(fēng)電場未參與調(diào)頻時的有功功率；

步驟1?3、根據(jù)如下步驟交替計算各功率設(shè)定時間點(diǎn)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值和風(fēng)機(jī)有功功率參考值：步驟1?3?1、計算第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值，公式如下：其中，ωi,ref(t)代表第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值，Ji代表第i臺風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，Pi,ref(t?1)代表第t?1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)有功功率參考值，Pi,m,ref(t?1)代表第t?1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)輸入風(fēng)功率預(yù)測值，計算公式如下：其中，ρ代表空氣密度，R代表風(fēng)機(jī)槳葉半徑，vw代表風(fēng)電場風(fēng)速，Ci,ref(t?1)代表第t?1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)風(fēng)能捕獲系數(shù)預(yù)測值，公式如下：其中，ωi,ref(t?1)代表第t?1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值，β代表風(fēng)機(jī)槳距角；

步驟1?3?2、計算第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的各風(fēng)機(jī)能量狀態(tài)預(yù)測值，公式如下：其中，SOEi,ref(t)代表第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)能量狀態(tài)預(yù)測值，ωmax和ωmin分別代表風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上限和下限值；

步驟1?3?3、計算第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的各風(fēng)機(jī)有功功率參考值，公式如下：步驟1?3?4、返回步驟1?3?1，直至集中預(yù)測控制周期TWF內(nèi)全部功率設(shè)定時間點(diǎn)的各風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值、風(fēng)機(jī)有功功率參考值計算完畢；

步驟1?4、將集中預(yù)測控制周期TWF內(nèi)各功率設(shè)定時間點(diǎn)的風(fēng)電場有功功率參考值Pref(t)及各風(fēng)機(jī)有功功率參考值Pi,ref(t)下發(fā)至各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器；

步驟1?5、達(dá)到集中預(yù)測控制周期TWF時，返回步驟1?1，并重新開始計時；

步驟2、各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器根據(jù)接收到的風(fēng)電場集中控制器下發(fā)的風(fēng)電場有功功率參考值Pref(t)及各風(fēng)機(jī)有功功率參考值Pi,ref(t)，在對應(yīng)的功率設(shè)定時間點(diǎn)間隔Tref內(nèi)，以時間間隔TWT進(jìn)行實(shí)時校正控制，具體執(zhí)行流程如下：步驟2?1、令實(shí)時校正控制起始步為k＝0；

步驟2?2、根據(jù)對應(yīng)風(fēng)機(jī)的在第k個實(shí)時校正控制步的有功功率輸出和實(shí)際轉(zhuǎn)速，計算第i臺風(fēng)機(jī)第k步實(shí)時校正控制的能量狀態(tài)分配指標(biāo)xi(k)，計算公式如下：其中，Pi(k)代表第k個實(shí)時校正控制步第i臺風(fēng)機(jī)的有功功率輸出，ωi(k)代表第k個實(shí)時校正控制步第i臺風(fēng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，Pi,m(k)代表第k個實(shí)時校正控制步第i臺風(fēng)機(jī)輸入風(fēng)功率，計算公式如下：其中，Ci(k)代表第k個實(shí)時校正控制步第i臺風(fēng)機(jī)風(fēng)能捕獲系數(shù)，計算公式如下：步驟2?3、風(fēng)電場中電氣連接上任意相鄰的兩臺風(fēng)機(jī)，由對應(yīng)的風(fēng)機(jī)控制器交換能量狀態(tài)分配指標(biāo)xi(k)；

步驟2?4、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k個實(shí)時校正控制步的二階梯度Hi(k)，計算公式如下：其中，K1、K2和K3分別代表對應(yīng)風(fēng)場有功功率偏差、風(fēng)機(jī)有功功率偏差、風(fēng)機(jī)間功率分配偏差的懲罰系數(shù)，均選取為1，N(i)代表與第i臺風(fēng)機(jī)在電氣連接上相鄰的風(fēng)機(jī)集合；

步驟2?5、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k個實(shí)時校正控制步的一階雅克比梯度gi(k)，計算公式如下：步驟2?6、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k個實(shí)時校正控制步的迭代方向di(k)，計算公式如下：?1

di(k)＝?Hi(k) ·gi(k)(13)

步驟2?7、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k+1個實(shí)時校正控制步的能量狀態(tài)分配指標(biāo)xi(k+1)，計算公式如下：xi(k+1)＝xi(k)+ε·di(k)(14)

其中，ε為迭代步長，將取值范圍設(shè)定為0.01～0.1；

步驟2?8、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k+1個實(shí)時校正控制步的風(fēng)機(jī)有功功率設(shè)定值Pi(k+1)，計算公式如下：步驟2?9、按照有功功率設(shè)定值Pi(k+1)控制風(fēng)機(jī)的有功功率輸出；

步驟2?10、達(dá)到實(shí)時校正控制間隔TWT時，令實(shí)時校正控制步k＝k+1，并返回步驟2?2，并重新開始計時。

說明書： 一種考慮風(fēng)機(jī)功率優(yōu)化分配的風(fēng)電場雙層頻率控制方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種風(fēng)電場雙層頻率控制方法。背景技術(shù)[0002] 在能源緊缺與環(huán)境污染的雙重壓力下，可再生能源發(fā)電愈發(fā)成為清潔能源替代的選擇。其中，風(fēng)力發(fā)電近年來得到快速發(fā)展，并使得傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式發(fā)生很大改變。風(fēng)資源本身的不確定性可能會對電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定造成不利影響，這是由于為最大限度獲取發(fā)電效益，大多數(shù)風(fēng)電場運(yùn)行在最大輸出功率跟蹤模式，風(fēng)功率的波動造成電力系統(tǒng)發(fā)電功率的明顯變化。同時，新型風(fēng)機(jī)大多數(shù)通過電力電子變換器與電網(wǎng)連接，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率解耦，隨著風(fēng)電占比的提升，電力系統(tǒng)慣性相對降低，在功率波動下頻率波動的問題日益凸顯。[0003] 事實(shí)上，作為旋轉(zhuǎn)設(shè)備，風(fēng)機(jī)葉片中儲存的動能和電力電子變換器控制的靈活性為風(fēng)電參與頻率調(diào)節(jié)提供了可能。通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的電力電子變換器，能夠快速調(diào)節(jié)其有功輸出，利用風(fēng)機(jī)自身儲存的動能為電力系統(tǒng)提供快速的頻率控制服務(wù)。然而，目前大多數(shù)風(fēng)機(jī)參與電力系統(tǒng)頻率控制都采用“分散式方法”，即單個風(fēng)機(jī)根據(jù)其量測的頻率獨(dú)立提供模擬的慣性及下垂特性。然而，在電力系統(tǒng)中運(yùn)行中，風(fēng)電場應(yīng)作為整體模擬傳統(tǒng)火電機(jī)組的調(diào)頻特性，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的頻率控制目標(biāo)。但若將風(fēng)電場作為整體響應(yīng)電力系統(tǒng)頻率變化，風(fēng)電場內(nèi)部各風(fēng)機(jī)之間如何進(jìn)行合理功率分配成為了制約頻率控制的主要問題。針對此問題，現(xiàn)有技術(shù)一般需采用集中式的優(yōu)化控制方法，根據(jù)電力系統(tǒng)頻率變化和風(fēng)電場各風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，建立并求解集中優(yōu)化模型，隨后下發(fā)各風(fēng)機(jī)有功功率的調(diào)節(jié)指令。但由于大規(guī)模風(fēng)電場風(fēng)機(jī)數(shù)量眾多，地理分布較遠(yuǎn)，集中式控制所需要的通信時間及計算時間較長，有較大的延遲，且這類方法對風(fēng)機(jī)模型參數(shù)精度及風(fēng)速的預(yù)測精度有很大依賴，若模型參數(shù)或風(fēng)速誤差較大，會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)之間功率分配不合理，嚴(yán)重時會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。由于集中的模型維護(hù)和優(yōu)化計算將耗費(fèi)大量的時間，這類方法并不適合對響應(yīng)速度要求很高的頻率控制。

[0004] 因此，在分散式控制的快速響應(yīng)與集中式控制的功率優(yōu)化分配優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，亟需提出一種能夠兼顧風(fēng)電場頻率控制快速響應(yīng)、風(fēng)電場整體頻率控制特性、風(fēng)機(jī)之間功率優(yōu)化分配的頻率控制方法，考慮風(fēng)電場實(shí)際通信和硬件條件對控制時間間隔和計算速度的限制，并避免傳統(tǒng)頻率控制方式對模型參數(shù)及風(fēng)速預(yù)測的依賴。發(fā)明內(nèi)容[0005] 基于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種考慮風(fēng)機(jī)功率優(yōu)化分配的風(fēng)電場雙層頻率控制方法，利用雙層控制架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器在風(fēng)機(jī)之間通過分布式通信和實(shí)時校正控制，使風(fēng)電場及各風(fēng)機(jī)追蹤有功功率參考值，保證了各風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全。[0006] 本發(fā)明利用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：[0007] 一種考慮風(fēng)機(jī)功率優(yōu)化分配的風(fēng)電場雙層頻率控制方法，該方法具體包括以下步驟：[0008] 步驟1、利用風(fēng)電場集中控制器根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及風(fēng)電場風(fēng)速，計算得到集中預(yù)測控制周期TWF內(nèi)各功率設(shè)定時間點(diǎn)的風(fēng)電場有功功率參考值及各風(fēng)機(jī)有功功率參考值，并下發(fā)至各風(fēng)機(jī)控制器，具體執(zhí)行流程如下：[0009] 步驟1?1、在集中預(yù)測控制周期TWF內(nèi)，將電力系統(tǒng)各功率設(shè)定時間點(diǎn)頻率的預(yù)測模型定義如下：[0010][0011] 其中，t代表功率設(shè)定時間點(diǎn)的序號，每個集中預(yù)測控制周期開始時清零，f(t)代表第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的預(yù)測頻率，f(t+1)代表第t+1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的預(yù)測頻率，Kf*和Kin分別代表風(fēng)電場參與調(diào)頻的下垂系數(shù)和慣性系數(shù)，f 代表電力系統(tǒng)額定頻率，，H代表電力系統(tǒng)等值慣量；

[0012] 步驟1?2、計算風(fēng)電場在各功率設(shè)定時間點(diǎn)的有功功率參考值，公式如下：[0013][0014] 其中，Pref(t)代表風(fēng)電場第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的有功功率參考值， 代表風(fēng)電場未參與調(diào)頻時的有功功率；[0015] 步驟1?3、根據(jù)如下步驟交替計算各功率設(shè)定時間點(diǎn)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值和風(fēng)機(jī)有功功率參考值：[0016] 步驟1?3?1、計算第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值，公式如下：[0017][0018] 其中，ωi,ref(t)代表第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值，Ji代表第i臺風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，Pi,ref(t?1)代表第t?1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)有功功率參考值，Pi,m,ref(t?1)代表第t?1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)輸入風(fēng)功率預(yù)測值，計算公式如下：[0019][0020] 其中，ρ代表空氣密度，R代表風(fēng)機(jī)槳葉半徑，vw代表風(fēng)電場風(fēng)速，Ci,ref(t?1)代表第t?1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)風(fēng)能捕獲系數(shù)預(yù)測值，公式如下：[0021][0022] 其中，ωi,ref(t?1)代表第t?1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值，β代表風(fēng)機(jī)槳距角；[0023] 步驟1?3?2、計算第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的各風(fēng)機(jī)能量狀態(tài)預(yù)測值，公式如下：[0024][0025] 其中，SOEi,ref(t)代表第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)能量狀態(tài)預(yù)測值，ωmax和ωmin分別代表風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上限和下限值；[0026] 步驟1?3?3、計算第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的各風(fēng)機(jī)有功功率參考值，公式如下：[0027][0028] 步驟1?3?4、返回步驟1?3?1，直至集中預(yù)測控制周期TWF內(nèi)全部功率設(shè)定時間點(diǎn)的各風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值、風(fēng)機(jī)有功功率參考值計算完畢；[0029] 步驟1?4、將集中預(yù)測控制周期TWF內(nèi)各功率設(shè)定時間點(diǎn)的風(fēng)電場有功功率參考值Pref(t)及各風(fēng)機(jī)有功功率參考值Pi,ref(t)下發(fā)至各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器；[0030] 步驟1?5、達(dá)到集中預(yù)測控制周期TWF時，返回步驟1?1，并重新開始計時；[0031] 步驟2、各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器根據(jù)接收到的風(fēng)電場集中控制器下發(fā)的風(fēng)電場有功功率參考值Pref(t)及各風(fēng)機(jī)有功功率參考值Pi,ref(t)，在對應(yīng)的功率設(shè)定時間點(diǎn)間隔Tref內(nèi)，以時間間隔TWT進(jìn)行實(shí)時校正控制，，具體執(zhí)行流程如下：[0032] 步驟2?1、根據(jù)對應(yīng)風(fēng)機(jī)的第k步實(shí)時校正控制的有功功率輸出和實(shí)際轉(zhuǎn)速，計算第i臺風(fēng)機(jī)第k步實(shí)時校正控制的能量狀態(tài)分配指標(biāo)xi(k)，計算公式如下：[0033][0034] 其中，Pi(k)代表第k步實(shí)時校正控制第i臺風(fēng)機(jī)的有功功率輸出，ωi(k)代表第k步實(shí)時校正控制第i臺風(fēng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，Pi,m(k)代表第k步實(shí)時校正控制的第i臺風(fēng)機(jī)輸入風(fēng)功率，計算公式如下：[0035][0036] 其中，Ci(k)代表第k步實(shí)時校正控制的第i臺風(fēng)機(jī)風(fēng)能捕獲系數(shù)，計算公式如下：[0037][0038] 步驟2?2、風(fēng)電場中電氣連接上任意相鄰的兩臺風(fēng)機(jī)，由對應(yīng)的風(fēng)機(jī)控制器交換能量狀態(tài)分配指標(biāo)xi(k)；[0039] 步驟2?3、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k步實(shí)時校正控制的二階梯度Hi(k)，計算公式如下：[0040][0041] 其中，K1、K2和K3分別代表對應(yīng)風(fēng)場有功功率偏差、風(fēng)機(jī)有功功率偏差、風(fēng)機(jī)間功率分配偏差的懲罰系數(shù)，N(i)代表與第i臺風(fēng)機(jī)在電氣連接上相鄰的風(fēng)機(jī)集合；[0042] 步驟2?4、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k步實(shí)時校正控制的一階雅克比梯度gi(k)，計算公式如下：[0043][0044] 步驟2?5、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k步實(shí)時校正控制的迭代方向di(k)，計算公式如下：[0045] di(k)＝?Hi(k)?1·gi(k)(13)[0046] 步驟2?6、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k+1步實(shí)時校正控制的能量狀態(tài)分配指標(biāo)xi(k+1)，計算公式如下：[0047] xi(k+1)＝xi(k)+ε·di(k)(14)[0048] 其中，ε為迭代步長；[0049] 步驟2?7、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k+1步實(shí)時校正控制的風(fēng)機(jī)有功功率設(shè)定值Pi(k+1)，計算公式如下：[0050][0051] 步驟2?8、按照有功功率設(shè)定值Pi(k+1)控制風(fēng)機(jī)的有功功率輸出；[0052] 步驟2?9、達(dá)到實(shí)時校正控制間隔TWT時，返回步驟2?1，并重新開始計時。[0053] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠達(dá)成以下有益技術(shù)效果：[0054] 1)能夠充分利用風(fēng)機(jī)槳葉中儲存的能量及風(fēng)機(jī)的有功功率調(diào)節(jié)能力，在保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全的前提下，使得風(fēng)電場整體參與電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)并呈現(xiàn)穩(wěn)定的下垂及慣性特性，有助于電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定；[0055] 2)充分考慮了風(fēng)電場實(shí)際通信所需的時間，通過風(fēng)電場集中控制器的集中預(yù)測控制，滿足風(fēng)電場整體調(diào)頻特性及風(fēng)機(jī)間功率優(yōu)化分配的目標(biāo)，使得各風(fēng)機(jī)儲存的動能趨于統(tǒng)一，通過風(fēng)機(jī)控制器實(shí)時校正控制，滿足風(fēng)電場整體調(diào)頻快速控制的需求；既能夠滿足風(fēng)電場快速頻率控制的需求，也能夠滿足風(fēng)電場整體特性與風(fēng)機(jī)間功率合理分配的目標(biāo)；[0056] 3)所采用的時校正控制方法通過分布式通信和迭代實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)有功功率的快速修正，不依賴于各風(fēng)機(jī)的精確模型參數(shù)，因此在模型參數(shù)不精確的場景下，依然能保證良好的頻率控制效果。附圖說明[0057] 圖1為為本發(fā)明的一種考慮風(fēng)機(jī)功率優(yōu)化分配的風(fēng)電場雙層頻率控制方法整體流程圖。具體實(shí)施方式[0058] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。[0059] 如圖1所示，為本發(fā)明的一種考慮風(fēng)機(jī)功率優(yōu)化分配的風(fēng)電場雙層頻率控制方法整體流程圖，具體包括以下步驟：[0060] 步驟1、利用風(fēng)電場集中控制器根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及風(fēng)電場風(fēng)速，計算得到集中預(yù)測控制周期TWF內(nèi)(TWF取值可選為5秒)各功率設(shè)定時間點(diǎn)的風(fēng)電場有功功率參考值及各風(fēng)機(jī)有功功率參考值，并下發(fā)至各風(fēng)機(jī)控制器，具體地，每個預(yù)測控制周期開始時，預(yù)測該周期內(nèi)每秒鐘系統(tǒng)頻率、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，其中每秒為一個功率設(shè)定時間點(diǎn)，相鄰兩功率設(shè)定時間點(diǎn)間隔為Tref，取值可選為1秒，具體執(zhí)行流程如下：[0061] 步驟1?1、在集中預(yù)測控制周期TWF內(nèi)，將電力系統(tǒng)各功率設(shè)定時間點(diǎn)頻率的預(yù)測模型定義如下：[0062][0063] 其中，t代表功率設(shè)定時間點(diǎn)的序號，每個集中預(yù)測控制周期開始時清零，f(t)代表第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的預(yù)測頻率，f(t+1)代表第t+1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的預(yù)測頻率，Kf*和Kin分別代表風(fēng)電場參與調(diào)頻的下垂系數(shù)和慣性系數(shù)，通常由電力系統(tǒng)來規(guī)定，f代表電力系統(tǒng)額定頻率，取值為50Hz，H代表電力系統(tǒng)等值慣量，其取值通過電力系統(tǒng)調(diào)度中心下發(fā)給風(fēng)電場集中控制器；

[0064] 步驟1?2、計算風(fēng)電場在各功率設(shè)定時間點(diǎn)的有功功率參考值，公式如下：[0065][0066] 其中，Pref(t)代表風(fēng)電場第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的有功功率參考值， 代表風(fēng)電場未參與調(diào)頻時的有功功率；[0067] 步驟1?3、根據(jù)如下步驟交替計算各功率設(shè)定時間點(diǎn)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值和風(fēng)機(jī)有功功率參考值：[0068] 步驟1?3?1、計算第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值，公式如下：[0069][0070] 其中，ωi,ref(t)代表第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值，Ji代表第i臺風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，由風(fēng)機(jī)設(shè)計手冊得到，Pi,ref(t?1)代表第t?1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)有功功率參考值，Pi,m,ref(t?1)代表第t?1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)輸入風(fēng)功率預(yù)測值，計算公式如下：[0071][0072] 其中，ρ代表空氣密度，R代表風(fēng)機(jī)槳葉半徑，vw代表風(fēng)電場風(fēng)速，Ci,ref(t?1)代表第t?1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)風(fēng)能捕獲系數(shù)預(yù)測值，公式如下：[0073][0074] 其中，ωi,ref(t?1)代表第t?1個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值，β代表風(fēng)機(jī)槳距角。[0075] 步驟1?3?2、計算第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的各風(fēng)機(jī)能量狀態(tài)預(yù)測值，公式如下：[0076][0077] 其中，SOEi,ref(t)代表第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的第i臺風(fēng)機(jī)能量狀態(tài)預(yù)測值，ωmax和ωmin分別代表風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上限和下限值；[0078] 步驟1?3?3、計算第t個功率設(shè)定時間點(diǎn)的各風(fēng)機(jī)有功功率參考值，公式如下：[0079][0080] 步驟1?3?4、返回步驟1?3?1，直至集中預(yù)測控制周期TWF內(nèi)全部功率設(shè)定時間點(diǎn)的各風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測值、風(fēng)機(jī)有功功率參考值計算完畢；[0081] 步驟1?4、將集中預(yù)測控制周期TWF內(nèi)各功率設(shè)定時間點(diǎn)的風(fēng)電場有功功率參考值Pref(t)及各風(fēng)機(jī)有功功率參考值Pi,ref(t)下發(fā)至各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器；[0082] 步驟1?5、達(dá)到集中預(yù)測控制周期TWF時，返回步驟1?1，并重新開始計時；[0083] 步驟2、各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器根據(jù)接收到的風(fēng)電場集中控制器下發(fā)的風(fēng)電場有功功率參考值Pref(t)及各風(fēng)機(jī)有功功率參考值Pi,ref(t)，在對應(yīng)的功率設(shè)定時間點(diǎn)間隔Tref內(nèi)，以時間間隔TWT進(jìn)行實(shí)時校正控制，TWT取值可選為100毫秒，具體執(zhí)行流程如下：[0084] 步驟2?1、令實(shí)時校正控制起始步為k＝0；[0085] 步驟2?2、根據(jù)對應(yīng)風(fēng)機(jī)的在第k個實(shí)時校正控制步的有功功率輸出和實(shí)際轉(zhuǎn)速，計算第i臺風(fēng)機(jī)第k步實(shí)時校正控制的能量狀態(tài)分配指標(biāo)xi(k)，計算公式如下：[0086][0087] 其中，Pi(k)代表第k個實(shí)時校正控制步第i臺風(fēng)機(jī)的有功功率輸出，ωi(k)代表第k個實(shí)時校正控制步第i臺風(fēng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，Pi,m(k)代表第k個實(shí)時校正控制步第i臺風(fēng)機(jī)輸入風(fēng)功率，計算公式如下：[0088][0089] 其中，Ci(k)代表第k個實(shí)時校正控制步第i臺風(fēng)機(jī)風(fēng)能捕獲系數(shù)，計算公式如下：[0090][0091] 步驟2?3、風(fēng)電場中電氣連接上任意相鄰的兩臺風(fēng)機(jī)，由對應(yīng)的風(fēng)機(jī)控制器交換能量狀態(tài)分配指標(biāo)xi(k)；[0092] 步驟2?4、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k個實(shí)時校正控制步的二階梯度Hi(k)，計算公式如下：[0093][0094] 其中，K1、K2和K3分別代表對應(yīng)風(fēng)場有功功率偏差、風(fēng)機(jī)有功功率偏差、風(fēng)機(jī)間功率分配偏差的懲罰系數(shù)，可均選取為1，N(i)代表與第i臺風(fēng)機(jī)在電氣連接上相鄰的風(fēng)機(jī)集合；[0095] 步驟2?5、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k個實(shí)時校正控制步的一階雅克比梯度gi(k)，計算公式如下：[0096][0097] 步驟2?6、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k個實(shí)時校正控制步的迭代方向di(k)，計算公式如下：[0098] di(k)＝?Hi(k)?1·gi(k)(13)[0099] 步驟2?7、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k+1個實(shí)時校正控制步的能量狀態(tài)分配指標(biāo)xi(k+1)，計算公式如下：[0100] xi(k+1)＝xi(k)+ε·di(k)(14)[0101] 其中，ε為迭代步長，可將取值范圍設(shè)定為0.01～0.1。[0102] 步驟2?8、計算第i臺風(fēng)機(jī)第k+1個實(shí)時校正控制步的風(fēng)機(jī)有功功率設(shè)定值Pi(k+1)，計算公式如下：

[0103][0104] 步驟2?9、按照有功功率設(shè)定值Pi(k+1)控制風(fēng)機(jī)的有功功率輸出；[0105] 步驟2?10、達(dá)到實(shí)時校正控制間隔TWT時，令實(shí)時校正控制步k＝k+1，并返回步驟2?2，并重新開始計時。

[0106] 綜上所述，本發(fā)明充分利用風(fēng)電場中風(fēng)機(jī)槳葉中儲存的能量及風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)能力，控制風(fēng)機(jī)輸出的有功功率，使得風(fēng)電場總的有功功率可快速調(diào)節(jié)，并根據(jù)電力系統(tǒng)頻率變化提供有功功率響應(yīng)，保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。本發(fā)明的特點(diǎn)在于采用一種雙層控制架構(gòu)，風(fēng)電場集中控制器利用集中式通信采集各風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對電力系統(tǒng)頻率及各風(fēng)機(jī)的未來狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，采用較差的集中預(yù)測控制周期，滾動計算得到每秒風(fēng)電場及各風(fēng)機(jī)有功功率參考值，并將得到的結(jié)果下發(fā)給各風(fēng)機(jī)控制器，各風(fēng)機(jī)控制器針對模型參數(shù)不精確及風(fēng)速的變化對集中控制器控制效果可能造成的影響，在風(fēng)機(jī)之間通過分布式通信和實(shí)時校正控制使風(fēng)電場及各風(fēng)機(jī)追蹤有功功率參考值，并保證各風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全。