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风电变流技术 ★ 5.0

通过加速分布式控制动态最大化风电场发电功率

Dynamically Maximizing Power Production of Wind Farm Through Accelerated Distributed Control

作者 Pengda Wang · Qiaoqiao Luo · Guan Bai · Sheng Huang · Xinkai Zhu · Feifan Shen
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2025年4月
技术分类 风电变流技术
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 风电场 有功功率控制策略 分布式计算方案 模型预测控制 功率生产与储备
语言:

中文摘要

本文基于加速异步分布式计算方案(DCS),提出了一种用于动态最大化尾流风电场(WF)发电量的有功功率控制策略。通过采用基于模型预测控制(MPC)的二自由度(2Dof)有功功率控制策略,可以协调风力发电机(WT)的发电机转速和桨距角,以在强尾流效应的影响下提高风电场层面的长期累计发电量和功率备用。所提出的策略与现有的无模型控制策略有显著不同,它可以通过风力发电机机械状态和动态尾流的在线反馈,快速响应时变风速。所提出的策略通过两项设计可大大提高解决大规模优化问题的效率:其一,采用异步分布式计算方案来减少计算时间,并增强对通信故障的鲁棒性;其二,引入涅斯捷罗夫加速策略,显著减少迭代次数并提高收敛速度。此外,还设计了一种新颖的控制指令发布策略,以解决尾流延迟问题。在1000秒的仿真中,所提出的策略使风电场的累计发电量和功率备用分别显著提高了10.81%和18.29%。

English Abstract

This article proposes an active power control strategy for dynamically maximizing power production in waked wind farm (WF) based on an accelerated asynchronous distributed calculation scheme (DCS). By adopting a two-degree-of-freedom (2Dof) active power control strategy based on model predictive control (MPC), the generator speed and pitch angle of wind turbines (WT) can be coordinated to enhance the long-term WF-level cumulative power production and power reserve subject to strong wake effects. The proposed strategy is significantly different from existing model-free control strategies, and can quickly respond to time-varying wind speeds through online feedback of both WT mechanical status and dynamic wake. The proposed strategy can greatly improve the efficiency of solving large-scale optimization problems through two designs: first, using asynchronous DCS to reduce computation time and strengthen robustness to communication failures. Second, the Nesterov acceleration strategy is introduced to significantly reduce the number of iterations and enhance the convergence rate. Additionally, a novel control command issuance strategy is devised to address the issue of wake delay. In a 1000s simulation, the proposed strategy achieves a remarkable improvement of 10.81% and 18.29% in cumulative power production and power reserve of WF, respectively.
S

SunView 深度解读

从阳光电源新能源综合解决方案的业务视角来看,这项基于加速分布式控制的风电场动态功率优化技术具有重要的借鉴价值和应用潜力。

该技术的核心创新在于通过模型预测控制(MPC)协同优化风机转速和桨距角,实现尾流效应下的风电场整体功率最大化。这与阳光电源在光伏电站和储能系统中面临的分布式优化问题高度相似。特别是在大型光伏电站中,组串间阴影遮挡、温度分布不均等因素同样需要协同控制策略来提升整体发电效率。该论文提出的异步分布式计算架构和Nesterov加速算法,可直接应用于阳光电源的智慧能源管理系统,提升大规模新能源电站的实时优化能力。

从技术成熟度看,该方案在仿真中实现了10.81%的累计发电量提升和18.29%的功率储备增益,展现出显著的经济价值。对于阳光电源而言,这种双自由度控制思路可移植到光储一体化系统中:通过协调逆变器的有功/无功输出与储能系统的充放电策略,实现电站级功率优化和电网支撑能力提升。

技术挑战主要集中在模型适配和通信可靠性方面。风电尾流模型需转化为光伏场景的辐照-温度-功率耦合模型,异步通信机制需适配阳光电源现有的iSolarCloud云平台架构。机遇在于,该技术可强化阳光电源在"源网荷储"一体化解决方案中的智能调度能力,特别是在风光储氢多能互补项目中,分布式协同优化算法能够显著提升系统整体经济性和电网友好性,符合公司向综合能源服务商转型的战略方向。