王 冰,田 敏，王宏華

(河海大學(xué) 能源與電氣學(xué)院,江蘇 南京 211100)

0 引言

海上風(fēng)電具有不占用陸地資源、儲(chǔ)量豐富、風(fēng)能利用率高等優(yōu)點(diǎn)，得到各國(guó)越來(lái)越多的關(guān)注。在我國(guó)，東部漫長(zhǎng)的海岸線(xiàn)恰好與東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)電力負(fù)荷密集、電網(wǎng)強(qiáng)大的特點(diǎn)相契合，因此海上風(fēng)電得到了迅速發(fā)展[1-3]。不同于陸上風(fēng)電場(chǎng)，海上風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)離陸地，值守困難，因此對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的可靠性和自治性提出了較高的要求。隨著風(fēng)電場(chǎng)容量擴(kuò)大、離岸距離增加、并網(wǎng)要求標(biāo)準(zhǔn)化，海上風(fēng)電存在的問(wèn)題也越來(lái)越多，具體包括海上風(fēng)電的輸電與并網(wǎng)控制[4-7]和海上風(fēng)電場(chǎng)的控制[8-9]等，亟待提出新的控制方法和設(shè)計(jì)思路。相對(duì)傳統(tǒng)的集中式控制方式，分布式控制具有更大的靈活性和可靠性，在海上風(fēng)電場(chǎng)控制中具有廣闊的發(fā)展前景[10-11]。分布式控制可以有效解決網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)控制問(wèn)題，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的控制有著明顯優(yōu)勢(shì)。采用分布式控制方式，當(dāng)系統(tǒng)局部發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)其他部分仍可保證正常運(yùn)行。海上風(fēng)電場(chǎng)相距遙遠(yuǎn)，各自風(fēng)力環(huán)境差異明顯，這就為多風(fēng)電場(chǎng)間輸出的相互補(bǔ)充提供了條件，從而保證向電網(wǎng)輸出更為穩(wěn)定的電能。本文在海上風(fēng)電場(chǎng)分布式控制的基礎(chǔ)上，提出一種分布式互補(bǔ)控制策略，其效果就是使2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部各自實(shí)現(xiàn)輸出同步，而在2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的有功輸出之間實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，使得它們發(fā)出的電能總和保持穩(wěn)定，從而保證電網(wǎng)電能的穩(wěn)定性。

本文基于Hamilton能量方法提出分布式控制策略，Hamilton能量法作為復(fù)雜非線(xiàn)性系統(tǒng)一個(gè)重要的設(shè)計(jì)工具，具有明確的物理背景和意義[12-13]。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)Hamilton實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換成端口受控耗散Hamilton PCH-D(Port-Controlled Hamiltonian with Dissipation)系統(tǒng)，作為本文研究的基本模型。本文還利用Hamilton能量理論中的能量成型方法[14]，修正系統(tǒng)的Hamilton能量函數(shù)，為設(shè)計(jì)互補(bǔ)控制策略創(chuàng)造條件。

對(duì)于2個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)電機(jī)群，本文首先對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組單機(jī)模型進(jìn)行Hamilton實(shí)現(xiàn)，并且拓展得到海上風(fēng)電機(jī)群的Hamilton模型，作為研究的主要對(duì)象。本文從簡(jiǎn)單系統(tǒng)切入，先研究了2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的互補(bǔ)控制問(wèn)題，基于Hamilton能量成型方法，先對(duì)機(jī)組進(jìn)行能量成型控制，再通過(guò)加入?yún)f(xié)調(diào)控制器實(shí)現(xiàn)2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的互補(bǔ)控制。當(dāng)一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的輸出或有功輸出受到影響時(shí)，在互補(bǔ)控制策略作用下，2臺(tái)機(jī)組的輸出或有功輸出之和仍然保持恒定。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的互補(bǔ)控制策略。假設(shè)2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)之間有簡(jiǎn)單的通信聯(lián)系，對(duì)于2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)組成的分布式有向網(wǎng)絡(luò)，提出分布式互補(bǔ)控制策略，從而達(dá)到2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)機(jī)組各自同步、整體互補(bǔ)的控制目標(biāo)。最后，本文通過(guò)仿真分別驗(yàn)證了2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組互補(bǔ)控制策略和2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)互補(bǔ)控制策略的正確性。通過(guò)互補(bǔ)控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組及2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的輸出互補(bǔ)及有功互補(bǔ)，即使單機(jī)發(fā)生故障，該互補(bǔ)控制策略仍然有效。

1 雙饋風(fēng)電單臺(tái)機(jī)組Hamilton實(shí)現(xiàn)

首先對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行Hamilton實(shí)現(xiàn)，作為本文設(shè)計(jì)的基本模型，并將其拓展為風(fēng)電機(jī)群的Hamilton模型。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以表示為三階模型[15]，即：

(1)

下面基于Hamilton能量方法對(duì)模型進(jìn)行Hamilton實(shí)現(xiàn)。首先選取如下Hamilton能量函數(shù)：

(2)

那么系統(tǒng)模型式(1)可以表示為PCH-D系統(tǒng)，形式如下：

(3)

然后通過(guò)預(yù)反饋控制進(jìn)行PCH-D系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)以下控制律，分為預(yù)反饋K和輸出反饋μ兩部分。

(4)

取預(yù)反饋為：

(5)

則閉環(huán)系統(tǒng)可轉(zhuǎn)化為PCH-D形式：

(J-R)H+Gμ

(6)

此時(shí)，模型式(6)滿(mǎn)足PCH-D形式。同時(shí)，輸出函數(shù)可以表示為：

y=GT

(7)

2 風(fēng)電機(jī)組互補(bǔ)控制策略

2.1 圖論基礎(chǔ)

將海上風(fēng)電場(chǎng)看作一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)，相互連接的風(fēng)電機(jī)組則可以看作網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，它們通過(guò)通信線(xiàn)路交換信息，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的分布式控制策略。下面給出圖論中的一些基本概念[16]。

a. 該有向圖有一個(gè)有向生成樹(shù)；

b. (Lp?Im)z=0,則z1=…=zp；

c.Lp有一個(gè)0特征值，且其對(duì)應(yīng)的特征向量為1p，其他所有特征值均有正實(shí)部；

e.Lp的秩rank(Lp)=p-1。

2.2 風(fēng)電機(jī)組互補(bǔ)控制問(wèn)題描述

對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組PCH-D模型式(6)進(jìn)行拓展，得到2臺(tái)發(fā)電機(jī)組的模型為：

(8)

定義1 對(duì)于有通信連接的2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組(模型式(8))，如果系統(tǒng)全局穩(wěn)定且其輸出滿(mǎn)足以下條件：

(9)

其中，T∈R2是一個(gè)常數(shù)向量，則稱(chēng)這2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組可實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)控制，且T為互補(bǔ)控制的目標(biāo)值。

2.3 風(fēng)電機(jī)組互補(bǔ)控制策略

為達(dá)到雙機(jī)組互補(bǔ)控制的目標(biāo)，控制策略設(shè)計(jì)包括兩部分：通過(guò)Hamilton能量理論中能量成型方法調(diào)整機(jī)組的Hamilton能量函數(shù)，得到期望的Hamil-ton函數(shù)H1d(x1)和H2d(x2)；在新能量函數(shù)下，再對(duì)2臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)互補(bǔ)控制策略。

第一臺(tái)機(jī)組輸出需要滿(mǎn)足：

(10)

(J1-R1)H1d(x1)

(11)

則有：

(12)

注意到式(6)中G1為列滿(mǎn)秩矩陣，能量成型控制策略可表示為：

(13)

基于以上過(guò)程，可得到以下定理。

定理1 考慮第一臺(tái)雙饋風(fēng)電機(jī)組，基于能量成型方法，設(shè)計(jì)Hamilton能量控制策略為：

(14)

同理，第二臺(tái)機(jī)組輸出需要滿(mǎn)足：

(15)

在機(jī)組能量函數(shù)調(diào)整后，進(jìn)一步設(shè)計(jì)2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的互補(bǔ)控制策略，可以得到以下定理。

(16)

其中，lii=di(i=1,2)；T=T1+T2。此時(shí)系統(tǒng)式(8)是全局穩(wěn)定的，且2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)控制。證明過(guò)程見(jiàn)附錄B。

3 風(fēng)電機(jī)群互補(bǔ)控制策略

3.1 風(fēng)電機(jī)群互補(bǔ)控制問(wèn)題描述

在圖論的基礎(chǔ)上，先對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組PCH-D模型式(6)進(jìn)行拓展，得到2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)共N臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的模型：

(17)

參照文獻(xiàn)[19]中分組一致性的定義，本文給出系統(tǒng)式(17)的輸出互補(bǔ)定義如下。

(18)

(19)

(20)

則稱(chēng)風(fēng)電場(chǎng)A1和A2可以實(shí)現(xiàn)輸出互補(bǔ)，T為互補(bǔ)的目標(biāo)值。

3.2 風(fēng)電機(jī)群互補(bǔ)控制策略

由于2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)間存在連接，可以看成是一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)，考慮通信信息傳遞的方向，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可作為一個(gè)有向圖，且滿(mǎn)足以下假設(shè)。

假設(shè)1 考慮2個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中存在至少一個(gè)有向生成樹(shù)。

在假設(shè)1條件下，設(shè)計(jì)2個(gè)風(fēng)電機(jī)群的分布式互補(bǔ)控制策略，可以得到定理如下。

定理3 考慮2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)A1和A2組成的分布式網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)該分布式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)滿(mǎn)足假設(shè)1，則其分布式互補(bǔ)控制策略為：

?i=1,2,…,N

(21)

3.3 主要結(jié)果與分析

綜上所述，2個(gè)海上發(fā)電場(chǎng)中雙饋機(jī)群的整體控制策略為：

(22)

(23)

(24)

(25)

因此，風(fēng)電機(jī)組的控制策略由三部分組成：第一部分為預(yù)反饋控制(式(23))，用于解決系統(tǒng)的Hamilton實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，保證單機(jī)組能夠穩(wěn)定運(yùn)行；第二部分為能量成型控制(式(24))，用于調(diào)整機(jī)組的Hamilton能量函數(shù)，為互補(bǔ)控制設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備；第三部分為協(xié)調(diào)控制(式(25))，用于實(shí)現(xiàn)2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)中多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組間的互補(bǔ)控制。第二部分式(24)和第三部分式(25)合為分布式互補(bǔ)控制策略式(21)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的機(jī)組同步和風(fēng)電場(chǎng)間的輸出互補(bǔ)。

以上結(jié)果歸結(jié)為定理4，即為本文主要結(jié)論。

定理4 考慮海上風(fēng)電場(chǎng)中的雙饋風(fēng)電機(jī)群：

(26)

其中，i=1,2,…,N。

風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)滿(mǎn)足假設(shè)1，在整體控制策略式(22)的作用下，可使得2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部輸出各自同步，且風(fēng)電場(chǎng)之間實(shí)現(xiàn)輸出互補(bǔ)。

注意到風(fēng)機(jī)輸出的有功功率為：

(27)

當(dāng)采用以上互補(bǔ)控制策略時(shí)，2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部輸出各自同步，則有：

(28)

當(dāng)風(fēng)電機(jī)群輸出互補(bǔ)時(shí)，有：

對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行的海上風(fēng)電場(chǎng)，考慮各機(jī)組參數(shù)Lrri、ωsi、Lmi、Pmi、iqsi、idsi均為常值，此時(shí)2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)A1和A2輸出的有功功率之和PsA也為一定值，即在一定條件下，通過(guò)互補(bǔ)控制率能實(shí)現(xiàn)2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)總體有功功率的互補(bǔ)。反之，假設(shè)給出2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)總的輸出有功的目標(biāo)值PsA，必然能找到一個(gè)對(duì)應(yīng)的T滿(mǎn)足式(28)，并通過(guò)相應(yīng)的互補(bǔ)控制率使得2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出的有功功率之和達(dá)到目標(biāo)值PsA。

以上所提控制策略的現(xiàn)實(shí)意義在于：海上風(fēng)電資源豐富，但是海上環(huán)境復(fù)雜，風(fēng)力變化莫測(cè)，對(duì)海上風(fēng)電的穩(wěn)定性提出了挑戰(zhàn)。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)受到風(fēng)力環(huán)境影響時(shí)，其向電網(wǎng)輸出的電能也將受到影響，為保證能向電網(wǎng)輸出穩(wěn)定的電能，可以將2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)協(xié)調(diào)控制，當(dāng)一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的輸出變小時(shí)，另外一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的輸出能夠及時(shí)補(bǔ)上，使得2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)最終輸出電能總和滿(mǎn)足電網(wǎng)要求。

本文中，海上風(fēng)電場(chǎng)的分布式互補(bǔ)控制目標(biāo)分為兩部分，一方面保證單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部機(jī)組同步輸出，另一方面保證2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出總和達(dá)到目標(biāo)值。因此，除了互補(bǔ)控制外，通過(guò)相互協(xié)調(diào)可以使同一風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部各機(jī)組的輸出達(dá)到同步，在分布式控制策略下，即使單機(jī)發(fā)生故障，整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)依然能夠保持穩(wěn)定輸出，提高了海上風(fēng)電場(chǎng)的可靠性。

4 仿真驗(yàn)證

仿真驗(yàn)證具體包括3個(gè)部分：第一部分證明在上述控制策略下，2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組輸出穩(wěn)定且能達(dá)到輸出互補(bǔ)，即不僅能使2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的輸出之和收斂到定值，還能使2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組輸出的有功功率之和收斂到定值；第二部分證明在互補(bǔ)控制策略下，2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部能夠分別達(dá)到輸出同步狀態(tài)，且2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)之間能達(dá)到輸出互補(bǔ)，即風(fēng)電場(chǎng)A1中任意一臺(tái)機(jī)組的輸出與風(fēng)電場(chǎng)A2中任意一臺(tái)機(jī)組的輸出之和收斂到一定值，且2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出的有功功率之和也收斂到一定值；第三部分證明故障情況下系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)單機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，其他機(jī)組仍能正常工作，且風(fēng)電場(chǎng)間的互補(bǔ)控制仍然發(fā)揮作用。

4.1 風(fēng)電機(jī)組互補(bǔ)控制仿真

假設(shè)3 s時(shí)機(jī)組1由于外界原因?qū)е螺敵霭l(fā)生變化，則其輸出響應(yīng)曲線(xiàn)和輸出有功功率曲線(xiàn)如圖1所示。圖中，y(1)1、y(1)2和y(2)1、y(2)2分別為機(jī)組1和2的輸出；y(12)1、y(12)2為機(jī)組1和2的輸出之和；∑Ps為2臺(tái)機(jī)組輸出的有功功率之和，即∑Ps=Ps1+Ps2。

圖1 2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組輸出響應(yīng)和輸出有功功率曲線(xiàn)Fig.1 Curves of output response and active power of two wind turbines

由圖1(a)、(b)可知，在0～4 s之間，系統(tǒng)正常運(yùn)行，2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組均能達(dá)到輸出穩(wěn)定且2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的輸出之和能夠收斂到目標(biāo)值T；由圖1(c)可知，此時(shí)2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的輸出有功功率之和能夠收斂到目標(biāo)值PsA。進(jìn)一步，假設(shè)在4 s時(shí)，機(jī)組1的輸出受到影響，其有功輸出下降，根據(jù)互補(bǔ)控制率，調(diào)整機(jī)組2的輸出，最終使得2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組總的有功輸出仍然保持在目標(biāo)值，即當(dāng)機(jī)組1的有功輸出減小時(shí)，機(jī)組2的有功輸出能夠及時(shí)補(bǔ)上，最終整個(gè)系統(tǒng)仍然能輸出穩(wěn)定的電能，即實(shí)現(xiàn)2臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的輸出互補(bǔ)。

4.2 風(fēng)電場(chǎng)互補(bǔ)控制仿真

考慮2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)群拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.2 Topological structure of two wind farms

仿真系統(tǒng)由2個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)組成，每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)各由4臺(tái)雙饋風(fēng)電機(jī)組組成，即A1={1,2,3,4}，A2={5,6,7,8}。取2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出的總的有功目標(biāo)值PsA=63 MW，假設(shè)各風(fēng)電機(jī)組的主要參數(shù)如附錄D中表D2和表D3所示。

假設(shè)3 s時(shí)風(fēng)電場(chǎng)A1輸出和有功輸出發(fā)生變化，則其輸出響應(yīng)曲線(xiàn)和輸出有功功率曲線(xiàn)如圖3所示。圖中，y(A1)1、y(A1)2和y(A2)1、y(A2)2分別為風(fēng)電場(chǎng)A1和A2中機(jī)組的輸出；y(15)1、y(15)2和y(36)1、y(36)2分別為機(jī)組1、5和機(jī)組3、6的輸出之和；PsA1、PsA2分別為風(fēng)電場(chǎng)A1、A2中的4臺(tái)機(jī)組有功輸出總和，即PsA1=Ps1+Ps2+Ps3+Ps4、PsA2=Ps5+Ps6+Ps7+Ps8；PsA為2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)中一共8臺(tái)機(jī)組有功輸出總和，即PsA=PsA1+PsA2。

圖3 2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出響應(yīng)和輸出有功功率曲線(xiàn)Fig.3 Curves of output response and active power of two wind farms

由圖3(a)可知，在0～3 s內(nèi)，2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各機(jī)組的輸出分別能達(dá)到輸出同步，即A1中的機(jī)組輸出同步到T10，A2中的機(jī)組輸出同步到T20；由圖3(b)可知，A1中一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的輸出都與A2中一臺(tái)機(jī)組的輸出互補(bǔ)，即它們輸出之和收斂到目標(biāo)值T；由圖3(c)可知，這個(gè)時(shí)間段內(nèi)2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出的有功功率的總和能夠收斂至目標(biāo)值PsA(63 MW)。 在 3 s 時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)A1的有功輸出減小，根據(jù)互補(bǔ)控制率調(diào)整A2的輸出，使得2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出再次互補(bǔ)，同時(shí)2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的有功功率輸出也收斂至目標(biāo)值PsA，即實(shí)現(xiàn)了2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的有功互補(bǔ)。

4.3 故障情況下風(fēng)電場(chǎng)互補(bǔ)控制仿真

圖4 故障后2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.4 Topological structure of two wind farms after failure

圖5 故障過(guò)程中2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出響應(yīng)和輸出有功功率曲線(xiàn)Fig.5 Curves of output response and active power of two wind farms during failure

由圖5可知，整個(gè)故障過(guò)程可以分為3個(gè)階段：

a. 在2.5 s之前，2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部分別達(dá)到同步運(yùn)行狀態(tài)，2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出之和收斂至目標(biāo)值T，并且2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出有功的總值收斂至目標(biāo)值PsA(63 MW)；

b. 在2.5 s時(shí)，機(jī)組4發(fā)生故障，其有功輸出跌為0，2.5～3 s，故障機(jī)組仍連接在網(wǎng)絡(luò)中，因此機(jī)組3受其影響而偏離同步狀態(tài)；

基于新的控制率，由圖5可知，在3 s后2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的輸出之和重新收斂至目標(biāo)值，2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出的總有功功率仍能收斂至目標(biāo)值PsA(63 MW)，即在單機(jī)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)重新調(diào)整，2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)仍然能實(shí)現(xiàn)有功輸出互補(bǔ)。

通過(guò)以上仿真和分析可知，采用分布式互補(bǔ)控制策略，能夠有效降低故障帶來(lái)的損失，即便單機(jī)發(fā)生故障，整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)仍能穩(wěn)定運(yùn)行。海上風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變、值守困難，分布式控制策略可大幅提高風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的可靠性和自治能力。

5 結(jié)論

本文針對(duì)2個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)中雙饋風(fēng)電機(jī)群的互補(bǔ)控制問(wèn)題，基于Hamilton能量法提出了分布式互補(bǔ)控制策略，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部輸出同步、風(fēng)電場(chǎng)之間輸出互補(bǔ)的控制目標(biāo)。本文將海上風(fēng)電場(chǎng)看作一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)，基于Hamilton能量法和圖論的知識(shí)對(duì)整個(gè)風(fēng)電機(jī)群網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布式控制，從而提高了整個(gè)海上風(fēng)電機(jī)群運(yùn)行的可靠性和自治性；基于能量成型方法修正風(fēng)電機(jī)組得Hamilton能量函數(shù)，為多風(fēng)電機(jī)組的互補(bǔ)控制策略設(shè)計(jì)創(chuàng)造條件；進(jìn)一步，將互補(bǔ)控制拓展到2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)群，實(shí)現(xiàn)2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出互補(bǔ)的控制目標(biāo)。在風(fēng)能儲(chǔ)備充足的情況下，當(dāng)其中一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的輸出受到影響時(shí)，通過(guò)啟動(dòng)2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的互補(bǔ)控制策略，仍然能向電網(wǎng)輸出穩(wěn)定的電能。該互補(bǔ)控制策略具有明確的應(yīng)用價(jià)值和工程意義，可為未來(lái)海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行和調(diào)度提供備選方案。

附錄見(jiàn)本刊網(wǎng)絡(luò)版(http:∥www.epae.cn)。

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