本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近海風(fēng)電具有風(fēng)速高、湍流強(qiáng)度小、風(fēng)速風(fēng)向穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的主要趨勢。若采用風(fēng)電機(jī)群集中控制取代單機(jī)分立控制，有利于降低故障率，從而減少海上維護(hù)工作、增加有效發(fā)電時(shí)間，同時(shí)可降低系統(tǒng)總成本。然而，當(dāng)風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速分布不均時(shí)，風(fēng)電機(jī)群集中控制易導(dǎo)致較大風(fēng)能損失，輸出功率容易超出額定功率值，如何在風(fēng)速分布不均的情況下，減少風(fēng)電機(jī)群控制過程中的風(fēng)能損失量并避免風(fēng)電機(jī)組的輸出功率超出額定功率值是目前還有待進(jìn)一步解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法及系統(tǒng)，在風(fēng)速分布不均的情況下，減少了風(fēng)電機(jī)群控制過程中的風(fēng)能損失量，并且能夠避免風(fēng)電機(jī)組的輸出功率超出額定功率值。其具體方案如下：

一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法，應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)群，其中，所述風(fēng)電機(jī)群中每臺風(fēng)電機(jī)組在功率控制過程中的轉(zhuǎn)速均保持一致，所述方法包括：

預(yù)先創(chuàng)建并初始化與所述風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到初始種群；其中，所述初始種群中的第i個(gè)個(gè)體的向量表達(dá)式為：

x_i,0＝[x_1,i,0,x_2,i,0,…x_D,i,0,x_bus,i,0]，i＝1,2,...,N；

式中，D表示所述風(fēng)電機(jī)群中風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量，N表示所述初始種群中個(gè)體的數(shù)量，x_j,i,0表示所述初始種群的第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，j＝1,2,...,D，x_bus,i,0表示所述初始種群的第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率；

利用罰函數(shù)確定公式，確定每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；其中，所述罰函數(shù)確定公式為：

式中，P_j,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，P_N表示風(fēng)電機(jī)組的額定功率值，P_PENj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；

利用目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式，計(jì)算每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值；其中，所述目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式為：

式中，P_i表示第i個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，C表示預(yù)設(shè)的懲罰因子；

基于差分進(jìn)化算法，并結(jié)合每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，對所述初始種群進(jìn)行種群進(jìn)化處理，直到收斂為止，得到全局最優(yōu)個(gè)體；其中，所述全局最優(yōu)個(gè)體的向量表達(dá)式為：

x_g＝[x_1g,x_2g,…x_Dg,x_busg]；

式中，x_jg表示所述風(fēng)電機(jī)群中第j臺風(fēng)電機(jī)組的最優(yōu)槳距角，x_busg表示變頻交流母線的最優(yōu)頻率；

根據(jù)所述全局最優(yōu)個(gè)體，對所述風(fēng)電機(jī)群展開相應(yīng)的控制，以控制每臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角和變頻交流母線的頻率。

可選的，所述預(yù)先創(chuàng)建并初始化與風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群的過程，包括：

利用種群初始化公式，預(yù)先創(chuàng)建并初始化與所述風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到所述初始種群；其中，所述種群初始化公式為：

式中，rand[0,1]表示在0和1之間產(chǎn)生的均勻隨機(jī)數(shù)，x_j^U表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的上限值，x_j^L表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的下限值，x_bus^U表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的上限值，x_bus^L表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的下限值。

可選的，所述利用罰函數(shù)確定公式，確定每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)的過程，包括：

利用輸出功率計(jì)算公式，計(jì)算每臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率；其中，所述輸出功率計(jì)算公式為：

式中，P_j,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，ρ表示空氣密度，A表示葉片掃掠面積，C_j(V_j,x_j,i,x_bus,i)表示第j臺風(fēng)電機(jī)組的功率系數(shù)，V_j表示第j臺風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時(shí)風(fēng)速，x_j,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，x_bus,i表示第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率；

利用每臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率以及所述罰函數(shù)確定公式，確定出每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)。

可選的，第j臺風(fēng)電機(jī)組的功率系數(shù)C_j(V_j,x_j,i,x_bus,i)的計(jì)算公式為：

其中，指數(shù)S為：

式中，R表示風(fēng)電機(jī)組的葉片半徑，n_p表示電機(jī)極對數(shù)，n_g表示齒輪箱變比，K₁至K₆為預(yù)先基于風(fēng)電機(jī)組翼型確定的系數(shù)。

可選的，所述風(fēng)電機(jī)群為采用高壓直流輸電變流器集中控制的風(fēng)電機(jī)群，或采用分頻交流輸電變流器集中控制的風(fēng)電機(jī)群，或采用可變頻率變壓器集中控制的風(fēng)電機(jī)群。

可選的，所述基于差分進(jìn)化算法，并結(jié)合每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，對所述初始種群進(jìn)行種群進(jìn)化處理，直到收斂為止，得到全局最優(yōu)個(gè)體的過程，包括：

步驟A1：從所述初始種群中篩選出目標(biāo)函數(shù)值最小的個(gè)體，并將該個(gè)體確定為當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體x_History；

步驟A2：利用變異公式，對當(dāng)前種群Y_G中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行變異操作，產(chǎn)生相應(yīng)的變異個(gè)體；其中，G表示種群的代數(shù)編號，所述變異公式為：

v_i,G+1＝x_r1,G+F*(x_r2,G-x_r3,G)；

式中，v_i,G+1表示與當(dāng)前種群Y_G中的第i個(gè)個(gè)體對應(yīng)的變異個(gè)體，x_r1,G、x_r2,G以及x_r3,G表示在當(dāng)前種群Y_G中隨機(jī)選取的第r1個(gè)、第r2個(gè)和第r3個(gè)個(gè)體，并且r1≠r2≠r3≠i，F(xiàn)表示變異算子；

步驟A3：利用交叉公式進(jìn)行交叉操作，得到實(shí)驗(yàn)向量u_i,G+1；

其中，u_i,G+1＝(u_1,i,G+1,u_2,i,G+1,...u_D,i,G+1,u_bus,i,G+1)，所述交叉公式為：

式中，rand(j)表示在0和1之間的隨機(jī)均勻分布，CR表示交叉算子，rnb(i)表示[1,2,…,D+1]中一個(gè)隨機(jī)選擇的序列；

步驟A4：利用個(gè)體替換公式，對所述實(shí)驗(yàn)向量中不符合邊界約束條件的個(gè)體進(jìn)行更新替換，得到臨時(shí)種群；

其中，所述邊界約束條件包括：x_j^L≤u_j,i,G+1≤x_j^U，x_bus^L≤u_bus,i,G+1≤x_bus^U；所述個(gè)體替換公式為：

式中，rand[0,1]表示在0和1之間產(chǎn)生的均勻隨機(jī)數(shù)，x_j^U表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的上限值，x_j^L表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的下限值，x_bus^U表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的上限值，x_bus^L表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的下限值；

步驟A5：計(jì)算臨時(shí)種群中每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，并將臨時(shí)種群中目標(biāo)函數(shù)值較大的個(gè)體相對應(yīng)地替換當(dāng)前種群Y_G中目標(biāo)函數(shù)值較小的個(gè)體，得到當(dāng)前更新后的種群Y_G+1；

步驟A6：從當(dāng)前種群Y_G+1中篩選出目標(biāo)函數(shù)值最大的個(gè)體，并判斷該個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值是否大于當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體x_History的目標(biāo)函數(shù)值，如果是，則利用該個(gè)體對當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體x_History進(jìn)行替換更新；

步驟A7：重新進(jìn)入步驟A2，直到進(jìn)化代數(shù)收斂為止，并將進(jìn)化結(jié)束后得到的當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體x_History確定為所述全局最優(yōu)個(gè)體。

本發(fā)明還公開了一種風(fēng)電機(jī)群功率控制系統(tǒng)，應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)群，其中，所述風(fēng)電機(jī)群中每臺風(fēng)電機(jī)組在功率控制過程中的轉(zhuǎn)速均保持一致，所述系統(tǒng)包括：

種群初始化模塊，用于預(yù)先創(chuàng)建并初始化與所述風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到初始種群；其中，所述初始種群中的第i個(gè)個(gè)體的向量表達(dá)式為：

x_i,0＝[x_1,i,0,x_2,i,0,…x_D,i,0,x_bus,i,0]，i＝1,2,...,N；

式中，D表示所述風(fēng)電機(jī)群中風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量，N表示所述初始種群中個(gè)體的數(shù)量，x_j,i,0表示所述初始種群的第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，j＝1,2,...,D，x_bus,i,0表示所述初始種群的第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率；

罰函數(shù)確定模塊，用于利用罰函數(shù)確定公式，確定每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；其中，所述罰函數(shù)確定公式為：

式中，P_j,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，P_N表示風(fēng)電機(jī)組的額定功率值，P_PENj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；

目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算模塊，用于利用目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式，計(jì)算每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值；其中，所述目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式為：

式中，P_i表示第i個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，C表示預(yù)設(shè)的懲罰因子；

種群進(jìn)化處理模塊，用于基于差分進(jìn)化算法，并結(jié)合每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，對所述初始種群進(jìn)行種群進(jìn)化處理，直到收斂為止，得到全局最優(yōu)個(gè)體；其中，所述全局最優(yōu)個(gè)體的向量表達(dá)式為：

x_g＝[x_1g,x_2g,…x_Dg,x_busg]；

式中，x_jg表示所述風(fēng)電機(jī)群中第j臺風(fēng)電機(jī)組的最優(yōu)槳距角，x_busg表示變頻交流母線的最優(yōu)頻率；

風(fēng)電機(jī)群控制模塊，用于根據(jù)所述全局最優(yōu)個(gè)體，對所述風(fēng)電機(jī)群展開相應(yīng)的控制，以控制每臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角和變頻交流母線的頻率。

可選的，所述種群初始化模塊，具體用于利用種群初始化公式，預(yù)先創(chuàng)建并初始化與所述風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到所述初始種群；其中，所述種群初始化公式為：

式中，rand[0,1]表示在0和1之間產(chǎn)生的均勻隨機(jī)數(shù)，x_j^U表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的上限值，x_j^L表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的下限值，x_bus^U表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的上限值，x_bus^L表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的下限值。

可選的，所述罰函數(shù)確定模塊，包括：

輸出功率計(jì)算子模塊，用于利用輸出功率計(jì)算公式，計(jì)算每臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率；其中，所述輸出功率計(jì)算公式為：

式中，P_j,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，ρ表示空氣密度，A表示葉片掃掠面積，C_j(V_j,x_j,i,x_bus,i)表示第j臺風(fēng)電機(jī)組的功率系數(shù)，V_j表示第j臺風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時(shí)風(fēng)速，x_j,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，x_bus,i表示第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率；

罰函數(shù)確定子模塊，用于利用每臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率以及所述罰函數(shù)確定公式，確定出每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)。

可選的，所述輸出功率計(jì)算子模塊，包括：

功率系數(shù)計(jì)算單元，用于利用功率系數(shù)計(jì)算公式，計(jì)算每臺風(fēng)電機(jī)組的功率系數(shù)；其中，所述功率系數(shù)計(jì)算公式為：

其中，指數(shù)S為：

式中，R表示風(fēng)電機(jī)組的葉片半徑，n_p表示電機(jī)極對數(shù)，n_g表示齒輪箱變比，K₁至K₆為預(yù)先基于風(fēng)電機(jī)組翼型確定的系數(shù)。

本發(fā)明中，風(fēng)電機(jī)群功率控制方法，包括：預(yù)先創(chuàng)建并初始化與風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到初始種群；利用上述罰函數(shù)確定公式，確定每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；利用上述目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式，計(jì)算每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值；基于差分進(jìn)化算法，并結(jié)合每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，對所述初始種群進(jìn)行種群進(jìn)化處理，直到收斂為止，得到全局最優(yōu)個(gè)體；根據(jù)所述全局最優(yōu)個(gè)體，對所述風(fēng)電機(jī)群展開相應(yīng)的控制。

可見，本發(fā)明利用融入罰函數(shù)的差分進(jìn)化算法，在一定程度上減少了風(fēng)電機(jī)群的風(fēng)能損失，并且在風(fēng)電機(jī)組的輸出功率超出額定功率值的情況下，能夠確保風(fēng)電機(jī)組維持在恒功率發(fā)電狀態(tài)，由此實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)群在全風(fēng)速范圍內(nèi)的最大風(fēng)能輸出控制的目的，由此可見，本發(fā)明能夠減少風(fēng)電機(jī)群控制過程中的風(fēng)能損失量，并且能夠避免風(fēng)電機(jī)組的輸出功率超出額定功率值。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種風(fēng)電機(jī)群功率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法，應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)群，其中，風(fēng)電機(jī)群中每臺風(fēng)電機(jī)組在功率控制過程中的轉(zhuǎn)速均保持一致，參見圖1所示，該方法包括：

步驟S11：預(yù)先創(chuàng)建并初始化與風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到初始種群；其中，初始種群中的第i個(gè)個(gè)體的向量表達(dá)式為：

x_i,0＝[x_1,i,0,x_2,i,0,…x_D,i,0,x_bus,i,0]，i＝1,2,...,N；

式中，D表示風(fēng)電機(jī)群中風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量，N表示初始種群中個(gè)體的數(shù)量，x_j,i,0表示初始種群的第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，j＝1,2,...,D，x_bus,i,0表示初始種群的第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率；

步驟S12：利用罰函數(shù)確定公式，確定每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；其中，罰函數(shù)確定公式為：

式中，P_j,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，P_N表示風(fēng)電機(jī)組的額定功率值，P_PENj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；

步驟S13：利用目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式，計(jì)算每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值；其中，目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式為：

式中，P_i表示第i個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，C表示預(yù)設(shè)的懲罰因子；

步驟S14：基于差分進(jìn)化算法，并結(jié)合每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，對初始種群進(jìn)行種群進(jìn)化處理，直到收斂為止，得到全局最優(yōu)個(gè)體；其中，全局最優(yōu)個(gè)體的向量表達(dá)式為：

x_g＝[x_1g,x_2g,…x_Dg,x_busg]；

式中，x_jg表示風(fēng)電機(jī)群中第j臺風(fēng)電機(jī)組的最優(yōu)槳距角，x_busg表示變頻交流母線的最優(yōu)頻率；

步驟S15：根據(jù)全局最優(yōu)個(gè)體，對風(fēng)電機(jī)群展開相應(yīng)的控制。

其中，上述步驟S15的具體過程可以包括：將x_busg賦給風(fēng)電機(jī)群的頻率調(diào)節(jié)器，以使頻率調(diào)節(jié)器根據(jù)x_busg進(jìn)行相應(yīng)的頻率調(diào)節(jié)，并且將x_1g,x_2g,…x_Dg賦給相應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的槳距角控制器，以使每個(gè)槳距角控制器根據(jù)各自獲取到的最優(yōu)槳距角進(jìn)行相應(yīng)的槳距角控制處理。

需要說明的是，本實(shí)施例中的風(fēng)電機(jī)群具體可以為采用高壓直流輸電變流器集中控制的風(fēng)電機(jī)群，或采用分頻交流輸電變流器集中控制的風(fēng)電機(jī)群，或采用可變頻率變壓器集中控制的風(fēng)電機(jī)群。本實(shí)施例中，風(fēng)電機(jī)群中每臺風(fēng)電機(jī)組在功率控制過程中的轉(zhuǎn)速均保持一致，在上述功率控制過程中，需要對風(fēng)電機(jī)群中的所有風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)一控制，而不會對任意風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行單獨(dú)控制。

可見，本發(fā)明實(shí)施例利用融入罰函數(shù)的差分進(jìn)化算法，在一定程度上減少了風(fēng)電機(jī)群的風(fēng)能損失，并且在風(fēng)電機(jī)組的輸出功率超出額定功率值的情況下，能夠確保風(fēng)電機(jī)組維持在恒功率發(fā)電狀態(tài)，由此實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)群在全風(fēng)速范圍內(nèi)的最大風(fēng)能輸出控制的目的，由此可見，本發(fā)明實(shí)施例能夠減少風(fēng)電機(jī)群控制過程中的風(fēng)能損失量，并且能夠避免風(fēng)電機(jī)組的輸出功率超出額定功率值。

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種具體的風(fēng)電機(jī)群功率控制方法，包括如下步驟：

步驟S21：利用種群初始化公式，預(yù)先創(chuàng)建并初始化與風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到初始種群；其中，初始種群中的第i個(gè)個(gè)體的向量表達(dá)式為：

x_i,0＝[x_1,i,0,x_2,i,0,…x_D,i,0,x_bus,i,0]，i＝1,2,...,N；

式中，D表示風(fēng)電機(jī)群中風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量，N表示初始種群中個(gè)體的數(shù)量，x_j,i,0表示初始種群的第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，j＝1,2,...,D，x_bus,i,0表示初始種群的第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率。

本實(shí)施例中，上述種群初始化公式具體為：

式中，rand[0,1]表示在0和1之間產(chǎn)生的均勻隨機(jī)數(shù)，x_j^U表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的上限值，x_j^L表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的下限值，x_bus^U表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的上限值，x_bus^L表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的下限值。

步驟S22：利用輸出功率計(jì)算公式，計(jì)算每臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率；其中，輸出功率計(jì)算公式為：

式中，P_j,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，ρ表示空氣密度，A表示葉片掃掠面積，C_j(V_j,x_j,i,x_bus,i)表示第j臺風(fēng)電機(jī)組的功率系數(shù)，V_j表示第j臺風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時(shí)風(fēng)速，x_j,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，x_bus,i表示第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率。

本實(shí)施例中，第j臺風(fēng)電機(jī)組的功率系數(shù)C_j(V_j,x_j,i,x_bus,i)的計(jì)算公式為：

其中，指數(shù)S為：

式中，R表示風(fēng)電機(jī)組的葉片半徑，n_p表示電機(jī)極對數(shù)，n_g表示齒輪箱變比，K₁至K₆為預(yù)先基于風(fēng)電機(jī)組翼型確定的系數(shù)。

步驟S23：利用每臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率以及罰函數(shù)確定公式，確定出每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)。

其中，罰函數(shù)確定公式為：

式中，P_j,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，P_N表示風(fēng)電機(jī)組的額定功率值，P_PENj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)。

步驟S24：基于差分進(jìn)化算法，并結(jié)合每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，對初始種群進(jìn)行種群進(jìn)化處理，直到收斂為止，得到全局最優(yōu)個(gè)體；其中，全局最優(yōu)個(gè)體的向量表達(dá)式為：

x_g＝[x_1g,x_2g,…x_Dg,x_busg]；

式中，x_jg表示風(fēng)電機(jī)群中第j臺風(fēng)電機(jī)組的最優(yōu)槳距角，x_busg表示變頻交流母線的最優(yōu)頻率。

本實(shí)施例中，上述步驟S24的過程，可以看具體包括下面步驟A1至A7：

步驟A1：從初始種群中篩選出目標(biāo)函數(shù)值最小的個(gè)體，并將該個(gè)體確定為當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體x_History；

步驟A2：利用變異公式，對當(dāng)前種群Y_G中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行變異操作，產(chǎn)生相應(yīng)的變異個(gè)體；其中，G表示種群的代數(shù)編號，變異公式為：

v_i,G+1＝x_r1,G+F*(x_r2,G-x_r3,G)；

式中，v_i,G+1表示與當(dāng)前種群Y_G中的第i個(gè)個(gè)體對應(yīng)的變異個(gè)體，x_r1,G、x_r2,G以及x_r3,G表示在當(dāng)前種群Y_G中隨機(jī)選取的第r1個(gè)、第r2個(gè)和第r3個(gè)個(gè)體，并且r1≠r2≠r3≠i，F(xiàn)表示變異算子；

步驟A3：利用交叉公式進(jìn)行交叉操作，得到實(shí)驗(yàn)向量u_i,G+1；

其中，u_i,G+1＝(u_1,i,G+1,u_2,i,G+1,…u_D,i,G+1,u_bus,i,G+1)，交叉公式為：

式中，rand(j)表示在0和1之間的隨機(jī)均勻分布，CR表示交叉算子，rnb(i)表示[1,2,…,D+1]中一個(gè)隨機(jī)選擇的序列；

步驟A4：利用個(gè)體替換公式，對實(shí)驗(yàn)向量中不符合邊界約束條件的個(gè)體進(jìn)行更新替換，得到臨時(shí)種群；

其中，邊界約束條件包括：x_j^L≤u_j,i,G+1≤x_j^U，x_bus^L≤u_bus,i,G+1≤x_bus^U；個(gè)體替換公式為：

式中，rand[0,1]表示在0和1之間產(chǎn)生的均勻隨機(jī)數(shù)，x_j^U表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的上限值，x_j^L表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的下限值，x_bus^U表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的上限值，x_bus^L表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的下限值；

步驟A5：計(jì)算臨時(shí)種群中每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，并將臨時(shí)種群中目標(biāo)函數(shù)值較大的個(gè)體相對應(yīng)地替換當(dāng)前種群Y_G中目標(biāo)函數(shù)值較小的個(gè)體，得到當(dāng)前更新后的種群Y_G+1；

步驟A6：從當(dāng)前種群Y_G+1中篩選出目標(biāo)函數(shù)值最大的個(gè)體，并判斷該個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值是否大于當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體x_History的目標(biāo)函數(shù)值，如果是，則利用該個(gè)體對當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體x_History進(jìn)行替換更新；

步驟A7：重新進(jìn)入步驟A2，直到進(jìn)化代數(shù)收斂為止，并將進(jìn)化結(jié)束后得到的當(dāng)前最優(yōu)個(gè)體x_History確定為全局最優(yōu)個(gè)體。

步驟S25：根據(jù)全局最優(yōu)個(gè)體，對風(fēng)電機(jī)群展開相應(yīng)的控制。

相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還公開了一種風(fēng)電機(jī)群功率控制系統(tǒng)，應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)群，其中，風(fēng)電機(jī)群中每臺風(fēng)電機(jī)組在功率控制過程中的轉(zhuǎn)速均保持一致，參見圖2所示，該系統(tǒng)包括：

種群初始化模塊11，用于預(yù)先創(chuàng)建并初始化與風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到初始種群；其中，初始種群中的第i個(gè)個(gè)體的向量表達(dá)式為：

x_i,0＝[x_1,i,0,x_2,i,0,…x_D,i,0,x_bus,i,0]，i＝1,2,...,N；

式中，D表示風(fēng)電機(jī)群中風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量，N表示初始種群中個(gè)體的數(shù)量，x_j,i,0表示初始種群的第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，j＝1,2,...,D，x_bus,i,0表示初始種群的第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率；

罰函數(shù)確定模塊12，用于利用罰函數(shù)確定公式，確定每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；其中，罰函數(shù)確定公式為：

式中，P_j,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，P_N表示風(fēng)電機(jī)組的額定功率值，P_PENj,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)；

目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算模塊13，用于利用目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式，計(jì)算每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值；其中，目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式為：

式中，P_i表示第i個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，C表示預(yù)設(shè)的懲罰因子；

種群進(jìn)化處理模塊14，用于基于差分進(jìn)化算法，并結(jié)合每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，對初始種群進(jìn)行種群進(jìn)化處理，直到收斂為止，得到全局最優(yōu)個(gè)體；其中，全局最優(yōu)個(gè)體的向量表達(dá)式為：

x_g＝[x_1g,x_2g,…x_Dg,x_busg]；

式中，x_jg表示風(fēng)電機(jī)群中第j臺風(fēng)電機(jī)組的最優(yōu)槳距角，x_busg表示變頻交流母線的最優(yōu)頻率；

風(fēng)電機(jī)群控制模塊15，用于根據(jù)全局最優(yōu)個(gè)體，對風(fēng)電機(jī)群展開相應(yīng)的控制。

本實(shí)施例中，上述種群初始化模塊，具體可以用于利用種群初始化公式，預(yù)先創(chuàng)建并初始化與風(fēng)電機(jī)群的規(guī)模相適應(yīng)的種群，得到初始種群；其中，種群初始化公式為：

式中，rand[0,1]表示在0和1之間產(chǎn)生的均勻隨機(jī)數(shù)，x_j^U表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的上限值，x_j^L表示風(fēng)電機(jī)組的槳距角調(diào)節(jié)值的下限值，x_bus^U表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的上限值，x_bus^L表示變頻交流母線的頻率調(diào)節(jié)值的下限值。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例中的罰函數(shù)確定模塊，具體可以包括輸出功率計(jì)算子模塊以及罰函數(shù)確定子模塊；其中，

輸出功率計(jì)算子模塊，用于利用輸出功率計(jì)算公式，計(jì)算每臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率；其中，輸出功率計(jì)算公式為：

式中，P_j,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，ρ表示空氣密度，A表示葉片掃掠面積，C_j(V_j,x_j,i,x_bus,i)表示第j臺風(fēng)電機(jī)組的功率系數(shù)，V_j表示第j臺風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時(shí)風(fēng)速，x_j,i表示第i個(gè)個(gè)體中的第j臺風(fēng)電機(jī)組的槳距角，x_bus,i表示第i個(gè)個(gè)體中變頻交流母線的頻率；

罰函數(shù)確定子模塊，用于利用每臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率以及罰函數(shù)確定公式，確定出每臺風(fēng)電機(jī)組的罰函數(shù)。

另外，上述輸出功率計(jì)算子模塊，具體可以包括：

功率系數(shù)計(jì)算單元，用于利用功率系數(shù)計(jì)算公式，計(jì)算每臺風(fēng)電機(jī)組的功率系數(shù)；其中，功率系數(shù)計(jì)算公式為：

其中，指數(shù)S為：

式中，R表示風(fēng)電機(jī)組的葉片半徑，n_p表示電機(jī)極對數(shù)，n_g表示齒輪箱變比，K₁至K₆為預(yù)先基于風(fēng)電機(jī)組翼型確定的系數(shù)。

關(guān)于上述各個(gè)模塊更加詳細(xì)的工作過程可以參考前述實(shí)施例中公開的相應(yīng)內(nèi)容，在此不再進(jìn)行贅述。

可見，本發(fā)明實(shí)施例利用融入罰函數(shù)的差分進(jìn)化算法，在一定程度上減少了風(fēng)電機(jī)群的風(fēng)能損失，并且在風(fēng)電機(jī)組的輸出功率超出額定功率值的情況下，能夠確保風(fēng)電機(jī)組維持在恒功率發(fā)電狀態(tài)，由此實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)群在全風(fēng)速范圍內(nèi)的最大風(fēng)能輸出控制的目的，由此可見，本發(fā)明實(shí)施例能夠減少風(fēng)電機(jī)群控制過程中的風(fēng)能損失量，并且能夠避免風(fēng)電機(jī)組的輸出功率超出額定功率值。

最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上對本發(fā)明所提供的一種風(fēng)電機(jī)群功率控制方法及系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。