风能-电能转换系统微分动态耦合多目标优化控制理论研究

Improving security, stability and economic operation of wind power is the key technology of efficient use of wind power in large-scale. It relates to the maximization of the captured energy, extending fan life and improving power quality and so which are the key factors of several interrelated constraints. It is basic condition of taking control theory on wind - electric energy changing system with differential dynamic coupling into consideration to achieve the object. To this end, the project is based on building wind - power of non-linear differential coupling, multi-objective optimization of predictive dynamic control model, Studying of the coupled system of the differential dynamic control law ;Exploring the mechanism of optimal balance point of multi- target control in wind - electric system is to get rid of the weight choicing trouble of multi-objections; Based on Copula function to derive the non-linear time and space dependencies relationship among wind power unit, so it can exalt the accuracy of precidtion of wind power and instruct controlling; We inquire into the schetch of modern interior point theory and the difference method and to research matrix sparsity, accurate dimension reduction, fast solution methods and techniques, so to achieve high-efficiency, security and stability of the optimal coordination of nonlinear dynamic control in wind-electric energy conversion system, making it stably operate at various time scales to a variety of conditions.The results of the project provide a theoretical base and technical support to safely, economicly and stably make use of wind-electric energy changing system.

提高风电并网的安全、稳定和经济运行是大规模高效利用风电的关键技术，其涉及最大限度捕获能量、延长风机寿命和提高电能质量等几个相互制约的关键因素，而考虑风能-电能转换系统的微分动态耦合控制是实现上述目标的基本条件。为此，本项目在构建含风能-电能非线性微分耦合、多目标的优化预测动态控制模型基础上，研究该微分耦合系统的动态控制规律；探究该系统多目标控制的最优平衡点机理，摆脱多目标权重选择的困扰；基于Copula连接函数推导风电机组间的非线性时空相依关系，据此提高风速预测精度、指导控制；探索在现代内点理论和差分方法求解框架下，矩阵的稀疏特性,精确降维、快速求解的方法和技术，从而实现风-电能源转换系统的高效、安全、稳定和快速的最优协调非线性动态控制，使之稳定运行于各时间尺度的多种工况。项目研究成果为风能-电能转换系统的安全稳定经济运行提供理论依据和技术支持。

提高风电并网的安全、稳定和经济运行是大规模高效利用风电的关键技术，其涉及最大限度捕获能量、延长风机寿命和提高电压频率稳定性等几个相互制约的关键因素，而考虑风-电系统的微分动态耦合控制是实现上述目标的基本条件。. 为此，本项目在构建含风-电非线性微分耦合、多目标的优化预测动态控制模型基础上，研究该微分耦合系统的动态控制规律；提出了基于机械载荷优化模型的独立变桨距控制，解决了独立变桨控制中载荷不平衡的问题，降低了机组的机械疲劳程度；提出风力机和发电机的协同优化控制方法，解决了调度背景下的限功率控制引起的发电机组综合调节量过高，以及风力机频繁调节的问题，从而延长机组的使用寿命；在现有变步长爬山法的基础上，基于风速前馈法对算法进行改进，大幅提高了算法的搜索效率。探索在现代内点理论和差分方法求解框架下，研究矩阵的稀疏特性，精确降维、快速求解的方法和技术，从而实现风-电能源转换系统的高效、安全、稳定和快速的最优协调非线性动态控制，使之稳定运行于阶跃变化风速、周期性斜波风速以及复杂随机风等多种运行工况。. 更进一步地，为了给控制系统反馈更准确的风速信息，本项目基于Copula连接函数推导风电机组间的非线性时空相依关系，研究了超短期风速预测的方法。该方法以已知的影响因素为条件，建立待预测风电功率的条件Copula联合分布函数，有效提高了预测风速所落区间的精度。.最后，将研究成果转化为实际物理仿真试验装置，为将先进理论用于实际风机控制、提高生产效益提供基础技术。项目研究成果为风-电系统的安全稳定经济运行提供理论依据和技术支持。