1.本发明涉及海上风电机组的功率控制技术领域，尤其涉及一种海上风电机组的功率控制方法、装置、计算机可读存储介质及系统。
背景技术：2.风力发电是可再生能源利用领域中技术最成熟，最具商业化发展潜力的发电方式之一。由于海上具有风资源丰富的特点，且目前全世界海上风电开发工程应用的需求迫切，大规模海上风电的输电与并网问题成为风电发展和研究的热点方向。海上风电远程集群控制的目的，是将地理上毗邻、特性上相关且拥有1个共同接入点的风电场集群进行一体化整合、集中协调控制，有效平抑出力的波动性和间歇性，已形成在规模和外部调控特性上都与常规电厂相近的电源，具备灵活响应电网调度与控制的能力。相比于陆上风电，海上风电的功率预测难度有较大的增加，功率控制的速度和难度都有所提高。
3.在现有技术中，通常通过将改进虚拟同步发电机(ivsg)技术引入换流器控制环节中，可以将换流器等效为同步发电机，模拟发电机的有功调频、无功调压特性，当弱电网发生功率缺额时，可实现二次调频，维持弱电网的稳定运行；相比现有的多端直流输电系统(mmc-mtdc)的换流器间功率协调控制，本方法考虑了换流器所连接的交流系统功率越限约束，并计及风电场参与调频，可有效减小直流电压偏差以及交流系统的功率波动。
4.但是，现有技术仍存在如下缺陷：无法快速准确地对海上风电机组的功率进行控制。
5.因此，当前需要一种海上风电机组的功率控制方法、装置、计算机可读存储介质以及系统，从而克服现有技术中存在的上述缺陷。
技术实现要素：6.本发明实施例提供一种海上风电机组的功率控制方法、装置、计算机可读存储介质以及系统，从而提升海上风电机组的功率控制的效率。
7.本发明一实施例提供一种海上风电机组的功率控制方法，所述功率控制方法包括：
8.获得海上风电机组的风机电磁功率以及系统频率；
9.根据所述风机电磁功率、所述系统频率、预设的第一额外控制回路以及预设的第二额外控制回路，模拟获取海上风电机组的机组频率以及风机减载功率；
10.根据所述机组频率以及所述风机减载功率，通过预设的滚动预测方法输出最佳控制频率；
11.根据所述最佳控制频率以及所述系统频率，以预设的频率调节范围对所述海上风电机组进行频率控制。
12.作为上述方案的改进，根据所述风机电磁功率、所述系统频率、预设的第一额外控制回路以及预设的第二额外控制回路，模拟获取海上风电机组的机组频率以及风机减载功
率，具体包括：
13.获得预设的耦合定量关系；
14.根据所述耦合定量关系，通过第一额外控制回路和第二额外控制回路，对所述风机电磁功率以及所述系统频率进行重耦合，获得海上风电机组的机组频率以及风机减载功率。
15.作为上述方案的改进，根据所述机组频率以及所述风机减载功率，通过滚动预测方法输出最佳控制频率，具体包括：
16.将机组频率以及风机减载功率输入预设的滚动预测网络模型，将输出值存储入第一最佳控制参数组中；所述输出值包括第一预测机组频率以及第一预测风机减载功率；
17.根据所述第一最佳控制参数组以及所述滚动预测网络模型，进行多步预测、滚动优化及反馈矫正以获得最佳控制频率。
18.作为上述方案的改进，根据所述耦合定量关系，通过第一额外控制回路和第二额外控制回路，对所述风机电磁功率以及所述系统频率进行重耦合，获得海上风电机组的机组频率以及风机减载功率，具体包括：
19.判断所述系统频率是否发生变化；
20.若所述系统频率发生变化，则计算对应的系统频率差值和系统频率变化率；
21.通过第一额外控制回路，根据所述系统频率差值释放风机的转子动能以输出有功功率，并通过第二额外控制回路，根据所述系统频率变化率控制风机的电磁功率以输出减载功率；
22.根据所述耦合定量关系、所述有功功率、所述减载功率以及所述系统频率，判断所述风机电磁功率以及所述系统频率是否耦合；
23.若否，则重复上述步骤；
24.若是，则根据所述有功功率、所述减载功率以及所述系统频率，输出海上风电机组的机组频率以及风机减载功率。
25.作为上述方案的改进，根据所述第一最佳控制参数组以及所述滚动预测网络模型，进行多步预测、滚动优化及反馈矫正以获得最佳控制频率，具体包括：
26.将所述第一最佳控制参数组作为训练数据集，对所述滚动预测网络模型进行训练，并根据训练结果对所述滚动预测网络模型进行更新。
27.作为上述方案的改进，所述频率调节范围为
±
0.2hz。
28.本发明另一实施例对应提供了一种海上风电机组的功率控制装置，所述功率控制装置包括数据获取单元、模拟仿真单元、滚动预测单元以及频率控制单元，其中，
29.所述数据获取单元用于获得海上风电机组的风机电磁功率以及系统频率；
30.所述模拟仿真单元用于根据所述风机电磁功率、所述系统频率、预设的第一额外控制回路以及预设的第二额外控制回路，模拟获取海上风电机组的机组频率以及风机减载功率；
31.所述滚动预测单元用于根据所述机组频率以及所述风机减载功率，通过预设的滚动预测方法输出最佳控制频率；
32.所述频率控制单元用于根据所述最佳控制频率以及所述系统频率，以预设的频率调节范围对所述海上风电机组进行频率控制。
33.作为上述方案的改进，所述模拟仿真单元还用于：
34.获得预设的耦合定量关系；
35.根据所述耦合定量关系，通过第一额外控制回路和第二额外控制回路，对所述风机电磁功率以及所述系统频率进行重耦合，获得海上风电机组的机组频率以及风机减载功率。
36.作为上述方案的改进，所述滚动预测单元还用于：
37.将机组频率以及风机减载功率输入预设的滚动预测网络模型，将输出值存储入第一最佳控制参数组中；所述输出值包括第一预测机组频率以及第一预测风机减载功率；
38.根据所述第一最佳控制参数组以及所述滚动预测网络模型，进行多步预测、滚动优化及反馈矫正以获得最佳控制频率。
39.作为上述方案的改进，所述模拟仿真单元还用于：
40.判断所述系统频率是否发生变化；
41.若所述系统频率发生变化，则计算对应的系统频率差值和系统频率变化率；
42.通过第一额外控制回路，根据所述系统频率差值释放风机的转子动能以输出有功功率，并通过第二额外控制回路，根据所述系统频率变化率控制风机的电磁功率以输出减载功率；
43.根据所述耦合定量关系、所述有功功率、所述减载功率以及所述系统频率，判断所述风机电磁功率以及所述系统频率是否耦合；
44.若否，则重复上述步骤；
45.若是，则根据所述有功功率、所述减载功率以及所述系统频率，输出海上风电机组的机组频率以及风机减载功率。
46.作为上述方案的改进，所述滚动预测单元还用于：
47.将所述第一最佳控制参数组作为训练数据集，对所述滚动预测网络模型进行训练，并根据训练结果对所述滚动预测网络模型进行更新。
48.本发明另一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如前所述的海上风电机组的功率控制方法。
49.本发明另一实施例提供了一种海上风电机组的功率控制系统，所述功率控制系统包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前所述的海上风电机组的功率控制方法。
50.与现有技术相比，本技术方案存在如下有益效果：
51.本发明提供了一种海上风电机组的功率控制方法、装置、计算机可读存储介质以及系统，通过第一额外控制回路和第二额外控制回路建立额外控制，将海上风电机组的系统频率和风机电磁功率进行重耦合，从而能及时感知外界负载突变而对海上风电机组进行频率控制，该功率控制方法、装置、计算机可读存储介质以及系统提升了海上风电机组系统的稳定性。
附图说明
52.图1是本发明一实施例提供的一种海上风电机组的功率控制方法的流程示意图；
53.图2是本发明一实施例提供的一种海上风电机组的功率控制装置的结构示意图。
具体实施方式
54.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.具体实施例一
56.本发明实施例首先描述了一种海上风电机组的功率控制方法。图1是本发明一实施例提供的一种海上风电机组的功率控制方法的流程示意图。
57.如图1所示，所述功率控制方法包括：
58.s1：获得海上风电机组的风机电磁功率以及系统频率。
59.在本实施例中，该海上风电机组的功率控制方法适用于双馈风力发电机(dfig)。
60.双馈风力发电机作为风力发电主要机型之一，其转子侧与系统频率端高度解耦，导致了双馈风力发电机不能直接响应系统的频率变化。双馈风力发电机的转子侧与电网侧通过一个逆变装置相连，使电网频率与发电机转子处于解耦状态。当系统频率由于外界负载突变而变化时，双馈风力发电机不能及时感知电网频率的变化，造成系统频率下跌，破坏了系统的稳定性。
61.s2：根据所述风机电磁功率、所述系统频率、预设的第一额外控制回路以及预设的第二额外控制回路，模拟获取海上风电机组的机组频率以及风机减载功率。
62.为了提高系统频率的稳定性和安全性，需要通过控制惯量来使风力发电机参与到系统的调频过程。电力系统的惯量可以减缓系统频率的变化，为发电机组增加或减少出力以平衡系统功率。而风力发电机的发电机转速与海上风电机组的系统频率解耦，无法主动提供惯量支撑，从而导致系统惯量水平不断降低。具体的计算原理是通过附加的功率控制环节，使得风电机组的频率与风机的电磁功率重新耦合，其中电磁功率与风机补充功率与减载功率存在定量关系。风机的惯性时间常数与常规同步机组类似，且转速可调节范围大于火电机组，理论上可以提供十分可观的虚拟惯量。
63.在一个实施例中，根据所述风机电磁功率、所述系统频率、预设的第一额外控制回路以及预设的第二额外控制回路，模拟获取海上风电机组的机组频率以及风机减载功率，具体包括：获得预设的耦合定量关系；根据所述耦合定量关系，通过第一额外控制回路和第二额外控制回路，对所述风机电磁功率以及所述系统频率进行重耦合，获得海上风电机组的机组频率以及风机减载功率。
64.在一个实施例中，根据所述耦合定量关系，通过第一额外控制回路和第二额外控制回路，对所述风机电磁功率以及所述系统频率进行重耦合，获得海上风电机组的机组频率以及风机减载功率，具体包括：判断所述系统频率是否发生变化；若所述系统频率发生变化，则计算对应的系统频率差值和系统频率变化率；通过第一额外控制回路，根据所述系统频率差值释放风机的转子动能以输出有功功率，并通过第二额外控制回路，根据所述系统频率变化率控制风机的电磁功率以输出减载功率；根据所述耦合定量关系、所述有功功率、所述减载功率以及所述系统频率，判断所述风机电磁功率以及所述系统频率是否耦合；若
否，则重复上述步骤；若是，则根据所述有功功率、所述减载功率以及所述系统频率，输出海上风电机组的机组频率以及风机减载功率。
65.s3：根据所述机组频率以及所述风机减载功率，通过预设的滚动预测方法输出最佳控制频率。
66.模型预测控制(model predictive control,mpc)是一种采用多步预测、滚动优化及反馈矫正等控制策略来对非线性、不确定性和时变的信号进行优化控制的控制算法，具有鲁棒性强、控制效果好及对模型精确性要求不高的特点。
67.其中，所述模型预测控制(mpc)根据电力系统风力发电的特征，在控制时应考虑以下控制目标：1、在保证电网运行稳定且安全的同时，当外界负载发生扰动时，必须保证该风机不会因投入过多动能而发生切机；此外，还应将频率变化波动保持在较小的范围内，从而降低谐波对电网的冲击；2、在一定范围内充分利用风机的动能，协调传统同步发电机分担系统频率变化。
68.在一个实施例中，根据所述机组频率以及所述风机减载功率，通过滚动预测方法输出最佳控制频率，具体包括：将机组频率以及风机减载功率输入预设的滚动预测网络模型，将输出值存储入第一最佳控制参数组中；所述输出值包括第一预测机组频率以及第一预测风机减载功率；根据所述第一最佳控制参数组以及所述滚动预测网络模型，进行多步预测、滚动优化及反馈矫正以获得最佳控制频率。
69.滚动预测将网络接收到的最新数据，不仅作为预测的依据，同时与前一时刻的预测结果构成训练数据，对新数据规律进行再次学习，微调模型的网络参数,使得网络可以实时跟踪数据变化规律，并使下一次预测更加精确。滚动预测方法不仅能在被训练的风机上取得良好的效果，也可以迅速迁移应用到其他风机上。若需要快速应用到其他风机可以使得学习目标风机的历史数据，初步训练网络，然后将其应用于目标风机。若目标风机没有历史数据，可以学习临近风场的风机数据或类似地形气候条件下的风机数据，再通过滚动预测掌握目标风机功率变化规律，然后进行相应的预测或控制。当模型的网络进行实际预测时，从一定时刻起会自动更新网络参数，以及时追踪到参数变化规律，有利于提高控制质量。此外，为了防止过拟合现象的出现，网络再模型训练时采用的学习率为指数衰减策略，而在测试，即模拟实际应用中使用了固定且很小的学习率，控制了每次滚动预测中网络参数可调整的范围，从而使得模型网络再滚动预测测试中能够微调网络参数，跟踪数据最新变化规律，且不易发生过拟合现象。
70.s4：根据所述最佳控制频率以及所述系统频率，以预设的频率调节范围对所述海上风电机组进行频率控制。
71.在一个实施例中，根据所述第一最佳控制参数组以及所述滚动预测网络模型，进行多步预测、滚动优化及反馈矫正以获得最佳控制频率，具体包括：将所述第一最佳控制参数组作为训练数据集，对所述滚动预测网络模型进行训练，并根据训练结果对所述滚动预测网络模型进行更新。
72.由于外界负载一旦发生波动，系统频率就会出现下跌，因此需控制模块迅速响应系统的频率变化，利用风机动能迅速补充系统缺失的功率，从而降低频率的下降幅度。因此，通过前述模型预测控制(mpc)形成功率－频率预测控制系统，调节系统频率的方式是将频率约束于
±
0.2hz范围内。即，在一个实施例中，所述频率调节范围为
±
0.2hz。
73.本发明实施例描述了一种海上风电机组的功率控制方法，通过第一额外控制回路和第二额外控制回路建立额外控制，将海上风电机组的系统频率和风机电磁功率进行重耦合，从而能及时感知外界负载突变而对海上风电机组进行频率控制，该功率控制方法提升了海上风电机组系统的稳定性。
74.具体实施例二
75.除上述方法外，本发明实施例还公开了一种海上风电机组的功率控制装置。图2是本发明一实施例提供的一种海上风电机组的功率控制装置的结构示意图。
76.如图2所示，功率控制装置包括数据获取单元11、模拟仿真单元12、滚动预测单元13以及频率控制单元14。
77.其中，数据获取单元11用于获得海上风电机组的风机电磁功率以及系统频率。
78.模拟仿真单元12用于根据所述风机电磁功率、所述系统频率、预设的第一额外控制回路以及预设的第二额外控制回路，模拟获取海上风电机组的机组频率以及风机减载功率。
79.在一个实施例中，模拟仿真单元12还用于：获得预设的耦合定量关系；根据所述耦合定量关系，通过第一额外控制回路和第二额外控制回路，对所述风机电磁功率以及所述系统频率进行重耦合，获得海上风电机组的机组频率以及风机减载功率。
80.在一个实施例中，模拟仿真单元12还用于：判断所述系统频率是否发生变化；若所述系统频率发生变化，则计算对应的系统频率差值和系统频率变化率；通过第一额外控制回路，根据所述系统频率差值释放风机的转子动能以输出有功功率，并通过第二额外控制回路，根据所述系统频率变化率控制风机的电磁功率以输出减载功率；根据所述耦合定量关系、所述有功功率、所述减载功率以及所述系统频率，判断所述风机电磁功率以及所述系统频率是否耦合；若否，则重复上述步骤；若是，则根据所述有功功率、所述减载功率以及所述系统频率，输出海上风电机组的机组频率以及风机减载功率。
81.滚动预测单元13用于根据所述机组频率以及所述风机减载功率，通过预设的滚动预测方法输出最佳控制频率。
82.在一个实施例中，滚动预测单元13还用于：将机组频率以及风机减载功率输入预设的滚动预测网络模型，将输出值存储入第一最佳控制参数组中；所述输出值包括第一预测机组频率以及第一预测风机减载功率；根据所述第一最佳控制参数组以及所述滚动预测网络模型，进行多步预测、滚动优化及反馈矫正以获得最佳控制频率。
83.在一个实施例中，滚动预测单元13还用于：将所述第一最佳控制参数组作为训练数据集，对所述滚动预测网络模型进行训练，并根据训练结果对所述滚动预测网络模型进行更新。
84.频率控制单元14用于根据所述最佳控制频率以及所述系统频率，以预设的频率调节范围对所述海上风电机组进行频率控制。
85.其中，功率控制装置集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如前所述的海上风电机组的功率控制方法。
86.基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过
card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
94.本发明实施例描述了一种海上风电机组的功率控制系统，通过第一额外控制回路和第二额外控制回路建立额外控制，将海上风电机组的系统频率和风机电磁功率进行重耦合，从而能及时感知外界负载突变而对海上风电机组进行频率控制，该功率控制系统提升了海上风电机组系统的稳定性。
95.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种海上风电机组的功率控制方法，其特征在于，所述功率控制方法包括：获得海上风电机组的风机电磁功率以及系统频率；根据所述风机电磁功率、所述系统频率、预设的第一额外控制回路以及预设的第二额外控制回路，模拟获取海上风电机组的机组频率以及风机减载功率；根据所述机组频率以及所述风机减载功率，通过预设的滚动预测方法输出最佳控制频率；根据所述最佳控制频率以及所述系统频率，以预设的频率调节范围对所述海上风电机组进行频率控制。2.根据权利要求1所述的海上风电机组的功率控制方法，其特征在于，根据所述风机电磁功率、所述系统频率、预设的第一额外控制回路以及预设的第二额外控制回路，模拟获取海上风电机组的机组频率以及风机减载功率，具体包括：获得预设的耦合定量关系；根据所述耦合定量关系，通过第一额外控制回路和第二额外控制回路，对所述风机电磁功率以及所述系统频率进行重耦合，获得海上风电机组的机组频率以及风机减载功率。3.根据权利要求2所述的海上风电机组的功率控制方法，其特征在于，根据所述机组频率以及所述风机减载功率，通过滚动预测方法输出最佳控制频率，具体包括：将机组频率以及风机减载功率输入预设的滚动预测网络模型，将输出值存储入第一最佳控制参数组中；所述输出值包括第一预测机组频率以及第一预测风机减载功率；根据所述第一最佳控制参数组以及所述滚动预测网络模型，进行多步预测、滚动优化及反馈矫正以获得最佳控制频率。4.根据权利要求3所述的海上风电机组的功率控制方法，其特征在于，根据所述耦合定量关系，通过第一额外控制回路和第二额外控制回路，对所述风机电磁功率以及所述系统频率进行重耦合，获得海上风电机组的机组频率以及风机减载功率，具体包括：判断所述系统频率是否发生变化；若所述系统频率发生变化，则计算对应的系统频率差值和系统频率变化率；通过第一额外控制回路，根据所述系统频率差值释放风机的转子动能以输出有功功率，并通过第二额外控制回路，根据所述系统频率变化率控制风机的电磁功率以输出减载功率；根据所述耦合定量关系、所述有功功率、所述减载功率以及所述系统频率，判断所述风机电磁功率以及所述系统频率是否耦合；若否，则重复上述步骤；若是，则根据所述有功功率、所述减载功率以及所述系统频率，输出海上风电机组的机组频率以及风机减载功率。5.根据权利要求4所述的海上风电机组的功率控制方法，其特征在于，根据所述第一最佳控制参数组以及所述滚动预测网络模型，进行多步预测、滚动优化及反馈矫正以获得最佳控制频率，具体包括：将所述第一最佳控制参数组作为训练数据集，对所述滚动预测网络模型进行训练，并根据训练结果对所述滚动预测网络模型进行更新。6.根据权利要求1-5任一项所述的海上风电机组的功率控制方法，其特征在于，所述频
率调节范围为
±
0.2h
z
。7.一种海上风电机组的功率控制装置，其特征在于，所述功率控制装置包括数据获取单元、模拟仿真单元、滚动预测单元以及频率控制单元，其中，所述数据获取单元用于获得海上风电机组的风机电磁功率以及系统频率；所述模拟仿真单元用于根据所述风机电磁功率、所述系统频率、预设的第一额外控制回路以及预设的第二额外控制回路，模拟获取海上风电机组的机组频率以及风机减载功率；所述滚动预测单元用于根据所述机组频率以及所述风机减载功率，通过预设的滚动预测方法输出最佳控制频率；所述频率控制单元用于根据所述最佳控制频率以及所述系统频率，以预设的频率调节范围对所述海上风电机组进行频率控制。8.根据权利要求7所述的海上风电机组的功率控制装置，其特征在于，所述模拟仿真单元还用于：获得预设的耦合定量关系；根据所述耦合定量关系，通过第一额外控制回路和第二额外控制回路，对所述风机电磁功率以及所述系统频率进行重耦合，获得海上风电机组的机组频率以及风机减载功率。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至6中任一项所述的海上风电机组的功率控制方法。10.一种海上风电机组的功率控制系统，其特征在于，所述功率控制系统包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任一项所述的海上风电机组的功率控制方法。
技术总结本发明公开了一种海上风电机组的功率控制方法、装置以及系统。所述功率控制方法、装置以及系统首先根据所述风机电磁功率、所述系统频率、预设的第一额外控制回路以及预设的第二额外控制回路，模拟获取海上风电机组的机组频率以及风机减载功率；随后，根据所述机组频率以及所述风机减载功率，通过预设的滚动预测方法输出最佳控制频率；最后，根据所述最佳控制频率以及所述系统频率，以预设的频率调节范围对所述海上风电机组进行频率控制，从而及时感知外界负载突变而对海上风电机组进行频率控制，进而提升了海上风电机组系统的稳定性。进而提升了海上风电机组系统的稳定性。进而提升了海上风电机组系统的稳定性。
技术研发人员：闫斌杰 杨银国 刘洋 于珍 陆秋瑜 伍双喜 朱誉 林英明
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司电力调度控制中心
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/11/1
