一种风电场参与电网二次调频的控制方法及装置

技术领域

本申请涉及电网二次调频技术领域，尤其涉及一种风电场参与电网二次调频的控制方法及装置。

背景技术

近年来，随着风电在各国电网中的渗透率不断增加，各国也对风电场接入电网以及参与电网服务提出了越来越高的要求，要求风电场能够像常规发电站一样能够在稳定输出电能的基础上参与电网调频服务。

在传统的最大功率跟踪控制下，双馈风机不具备类似于同步发电机的惯性响应能力与调频能力。因而，高渗透率风电接入电力系统时，会带来电网惯性响应能力下降、调频能力不足等问题。基于这些问题，国内外的电网并网导则中均明确指出并网风机须提供调频辅助服务。在电网实际运行中，风机已经可以及时响应系统频率变化，维持频率稳定。目前风机参与调频的控制策略主要有附加惯性控制、转子超速控制和桨距角控制三种。

现有技术中的研究更多关注于风机的一次调频控制策略，鲜有研究涉及到风机参与二次调频控制策略。因此，如何合理解决风机的频率控制问题，在兼顾稳定性的前提下使得风机具备类似于同步发电机的二次调频能力，成为了亟待解决的问题。

发明内容

本申请公开了一种风电场参与电网二次调频的控制方法及装置,用于解决现有技术中的研究更多关注于风机的一次调频控制策略，缺乏涉及到风机参与二次调频控制策略研究的技术问题。

本申请第一方面公开了一种风电场参与电网二次调频的控制方法，包括：

获取空气密度、风机叶片半径和风速，并根据所述空气密度、所述风机叶片半径和所述风速，生成风机机械功率模型，所述风机机械功率模型用于确定风机机械功率模型；

获取初始桨距角，并根据所述风机机械功率模型和所述初始桨距角，确定风机初始机械功率；

获取桨距角变化量、风机初始电磁功率和风机电磁功率变化量，并根据所述风机机械功率模型、所述风机初始电磁功率、所述初始桨距角、所述桨距角变化量和所述风机电磁功率变化量，确定桨距角变化速度；

获取风机电磁功率指令值，并根据所述风机电磁功率指令值，确定电磁功率变化率；

根据所述风机机械功率模型、所述桨距角变化速度和所述电磁功率变化率，生成风机预测模型；

根据所述风机预测模型，生成风电场连续状态空间模型；

根据所述风电场连续状态空间模型，生成风电场离散时域状态空间模型；

获取风电场内任一风机的桨距角、风电场内风机数量、风电场内任一风机的预测次数和风电场内任一风机的桨距角变化量，并根据所述风电场内任一风机的桨距角、所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角变化量和预设的约束条件，确定总目标函数；

根据所述风电场离散时域状态空间模型和所述总目标函数，确定桨距角参考值；

根据所述风机机械功率模型和所述桨距角参考值，确定风机机械功率参考值；

获取风机机械功率实际值，并根据所述风机机械功率实际值和所述风机机械功率参考值，确定桨距角修正量；

根据所述桨距角修正量，对所述桨距角参考值进行修正，确定桨距角目标值，所述桨距角目标值用于调节风电场内任一风机的电磁功率，完成电网的二次调频控制。

可选的，所述根据所述风电场内任一风机的桨距角、所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角变化量和预设的约束条件，确定总目标函数，包括：

根据所述风电场内任一风机的桨距角和所述风电场内风机数量，确定桨距角平均值；

根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角和所述桨距角平均值，确定第一目标函数；

根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数和所述风电场内任一风机的桨距角变化量，确定第二目标函数；

根据所述第一目标函数和所述第二目标函数，确定所述总目标函数。

可选的，所述约束条件包括风机的容量约束、风电场的容量约束、风机备用容量约束、风电场的备用容量约束、风机电磁功率指令值约束和追踪电磁功率指令值约束。

可选的，所述根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角和所述桨距角平均值，确定第一目标函数，包括：

根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角和所述桨距角平均值，以风电场内各风机之间桨距角的差距最小为目标，确定所述第一目标函数。

可选的，所述根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数和所述风电场内任一风机的桨距角变化量，确定第二目标函数，包括

根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数和所述风电场内任一风机的桨距角变化量，以风电场内各风机的桨距角变化量最小为目标，确定所述第二目标函数。

可选的，所述根据所述风机机械功率实际值和所述风机机械功率参考值，确定桨距角修正量，包括；

根据所述风机机械功率实际值和所述风机机械功率参考值之间的差值，确定桨距角修正量。

可选的，所述根据所述空气密度、所述风机叶片半径和所述风速，生成风机机械功率模型，包括：

通过如下公式生成所述风机机械功率模型：

其中，P

可选的，所述根据所述风机机械功率模型、所述桨距角变化速度和所述电磁功率变化率，生成风机预测模型，包括：

通过如下公式生成所述风机预测模型：

△x

△y

△x

△u

△y

其中，△x

可选的，所述根据所述风电场内任一风机的桨距角、所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角变化量和预设的约束条件，确定总目标函数，包括：

通过如下公式确定所述总目标函数：

其中，N

本申请第二方面公开了一种风电场参与电网二次调频的控制装置，所述风电场参与电网二次调频的控制装置应用于本申请第一方面公开的风电场参与电网二次调频的控制方法，所述风电场参与电网二次调频的控制装置包括：

风机机械功率模型生成模块，用于获取空气密度、风机叶片半径和风速，并根据所述空气密度、所述风机叶片半径和所述风速，生成风机机械功率模型，所述风机机械功率模型用于确定风机机械功率模型；

初始机械功率确定模块，用于获取初始桨距角，并根据所述风机机械功率模型和所述初始桨距角，确定风机初始机械功率；

桨距角变化速度获取模块，用于获取桨距角变化量、风机初始电磁功率和风机电磁功率变化量，并根据所述风机机械功率模型、所述风机初始电磁功率、所述初始桨距角、所述桨距角变化量和所述风机电磁功率变化量，确定桨距角变化速度；

电磁功率变化率获取模块，用于获取风机电磁功率指令值，并根据所述风机电磁功率指令值，确定电磁功率变化率；

风机预测模型生成模块，用于根据所述风机机械功率模型、所述桨距角变化速度和所述电磁功率变化率，生成风机预测模型；

风电场连续模型生成模块，用于根据所述风机预测模型，生成风电场连续状态空间模型；

风电场离散模型生成模块，用于根据所述风电场连续状态空间模型，生成风电场离散时域状态空间模型；

总目标函数确定模块，用于获取风电场内任一风机的桨距角、风电场内风机数量、风电场内任一风机的预测次数和风电场内任一风机的桨距角变化量，并根据所述风电场内任一风机的桨距角、所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角变化量和预设的约束条件，确定总目标函数；

桨距角参考值确定模块，用于根据所述风电场离散时域状态空间模型和所述总目标函数，确定桨距角参考值；

风机机械功率参考值确定模块，用于根据所述风机机械功率模型和所述桨距角参考值，确定风机机械功率参考值；

桨距角修正量确定模块，用于获取风机机械功率实际值，并根据所述风机机械功率实际值和所述风机机械功率参考值，确定桨距角修正量；

二次调频控制模块，用于根据所述桨距角修正量，对所述桨距角参考值进行修正，确定桨距角目标值，所述桨距角目标值用于调节风电场内任一风机的电磁功率，完成电网的二次调频控制。

可选的，总目标函数确定模块包括：

桨距角平均值确定单元，用于根据所述风电场内任一风机的桨距角和所述风电场内风机数量，确定桨距角平均值；

第一目标函数确定单元，用于根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角和所述桨距角平均值，确定第一目标函数；

第二目标函数确定单元，用于根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数和所述风电场内任一风机的桨距角变化量，确定第二目标函数；

总目标函数获取单元，用于根据所述第一目标函数和所述第二目标函数，确定所述总目标函数。

可选的，所述约束条件包括风机的容量约束、风电场的容量约束、风机备用容量约束、风电场的备用容量约束、风机电磁功率指令值约束和追踪电磁功率指令值约束。

可选的，所述第一目标函数确定单元包括：

用于根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角和所述桨距角平均值，以风电场内各风机之间桨距角的差距最小为目标，确定所述第一目标函数。

可选的，所述第二目标函数确定单元包括：

用于根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数和所述风电场内任一风机的桨距角变化量，以风电场内各风机的桨距角变化量最小为目标，确定所述第二目标函数。

可选的，所述桨距角修正量确定模块包括：

用于根据所述风机机械功率实际值和所述风机机械功率参考值之间的差值，确定桨距角修正量。

可选的，所述风机机械功率模型生成模块用于通过如下公式生成所述风机机械功率模型：

其中，P

可选的，所述风机预测模型生成模块用于通过如下公式生成风机预测模型：

△x

△y

△x

△u

△y

其中，△x

可选的，所述总目标函数确定模块用于通过如下公式确定所述总目标函数：

其中，N

本申请涉及电网二次调频技术领域，公开了一种风电场参与电网二次调频的控制方法及装置。在该方法中，首先建立风机机械功率模型，确定风机机械功率与桨距角的关系。然后根据风机电磁功率指令值建立风机预测模型，并在风机预测模型的基础上确定风场预测模型。进一步以风电场内各风机之间桨距角的差距最小，以及风电场内各风机的桨距角变化量最小为目标确定总目标函数。根据风场预测模型和总目标函数确定桨距角参考值。最后对桨距角参考值进行修正，确定桨距角目标值，从而实现对电网的二次调频控制。本申请在保证风电场实现电网频率调整的基础上，能够更好地协调风电场内风机之间的电磁功率，避免风机的桨距角过度变化，并且最大程度地减少风能损失，能够更快更稳定地追踪上级下达的风机电磁功率指令值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种风电场参与电网二次调频的控制方法的工作流程示意图；

图2为本申请实施例公开的一种风电场参与电网二次调频的控制方法中，基于MPC的桨距角优化分配策略原理图；

图3为本申请实施例公开的一种风电场参与电网二次调频的控制方法中，桨距角控制结构图；

图4为本申请实施例公开的一种风电场参与电网二次调频的控制方法中，风机电磁功率调节范围图；

图5为本申请实施例公开的一种风电场参与电网二次调频的控制方法中，典型风机的风能捕获系数曲线图；

图6为本申请实施例公开的一种风电场参与电网二次调频的控制方法中，恒定风速下风机机械功率曲线图；

图7为本申请实施例公开的一种风电场参与电网二次调频的控制方法中，典型风电场结构图；

图8为本申请实施例公开的一种风电场参与电网二次调频的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中的研究更多关注于风机的一次调频控制策略，缺乏涉及到风机参与二次调频控制策略研究的技术问题，本申请通过以下两个实施例公开了一种风电场参与电网二次调频的控制方法及装置。

本申请第一实施例公开了一种风电场参与电网二次调频的控制方法，参见图1所示的工作流程示意图，所述风电场参与电网二次调频的控制方法包括：

步骤S101，获取空气密度、风机叶片半径和风速，并根据所述空气密度、所述风机叶片半径和所述风速，生成风机机械功率模型，所述风机机械功率模型用于确定风机机械功率与桨距角的关系。

在本申请的部分实施例中，所述根据所述空气密度、所述风机叶片半径和所述风速，生成风机机械功率模型，包括：

通过如下公式生成所述风机机械功率模型：

其中，P

具体来说，根据空气动力学模型，风机机械功率通过如下公式确定：

其中，C

考虑桨距角控制时，当风速变化的同时，风机转速也随之变化，叶尖速比在小范围内变化，所以将叶尖速比设置为定值，可以得到风能捕获系数只和桨距角θ有关的数学表达式，如下所示：

根据上述数学表达式和空气动力学模型下的风机机械功率公式，确定生成所述风机机械功率模型中的表达式。

步骤S102，获取初始桨距角，并根据所述风机机械功率模型和所述初始桨距角，确定风机初始机械功率。

具体来说，根据风机机械功率模型，可以计算得到风机初始机械功率P

步骤S103，获取桨距角变化量、风机初始电磁功率和风机电磁功率变化量，并根据所述风机机械功率模型、所述风机初始电磁功率、所述初始桨距角、所述桨距角变化量和所述风机电磁功率变化量，确定桨距角变化速度。

具体来说，通过测量可以得到风机初始电磁功率P

其中，H

在一个控制周期T

θ＝θ

其中，θ

进而通过如下公式确定桨距角变化速度：

步骤S104，获取风机电磁功率指令值，并根据所述风机电磁功率指令值，确定电磁功率变化率。

具体来说，在桨距角控制期间，由于风机的快速跟踪能力，风机电磁功率的变化可以快速追踪上级发出的风机电磁功率指令值P

其中，△P

步骤S105，根据所述风机机械功率模型、所述桨距角变化速度和所述电磁功率变化率，生成风机预测模型。

在本申请的部分实施例中，所述根据所述风机机械功率模型、所述桨距角变化速度和所述电磁功率变化率，生成风机预测模型，包括：

通过如下公式生成所述风机预测模型：

△x

△y

△x

△u

△y

其中，△x

步骤S106，根据所述风机预测模型，生成风电场连续状态空间模型。

具体来说，基于风机预测模型，风电场连续状态空间模型可表述为：

△x＝A△x+B△u+E；

△y＝C△x；

△x＝[△x

△u＝[△u

△y＝[△y

A＝diag[A

B＝diag[B

E＝diag[E

C＝diag[C

其中，△x表示风场的状态变量，△u表示风场的控制变量，△y表示风场的输出变量，A、B、C和E分别表示第一风场系数矩阵、第二风场系数矩阵、第三风场系数矩阵和第四风场系数矩阵。

步骤S107，根据所述风电场连续状态空间模型，生成风电场离散时域状态空间模型。

具体来说，基于风电场连续状态空间模型，转化为采样时间间隔为△T

△x(k+1)＝G△x(k)+H△u(k)+E；

△y(k+1)＝C△x(k+1)；

其中，△x(k)表示离散的风场的状态变量,△u(k)表示离散的风场的控制变量,△x(k+1)表示△x(k)在下一次预测的风场的状态变量，△y(k+1)表示下一次预测的风场的输出变量，G和H分别表示第五风场系数矩阵和第六风场系数矩阵，τ表示离散化的采样时间间隔。

步骤S108，获取风电场内任一风机的桨距角、风电场内风机数量、风电场内任一风机的预测次数和风电场内任一风机的桨距角变化量，并根据所述风电场内任一风机的桨距角、所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角变化量和预设的约束条件，确定总目标函数。

在本申请的部分实施例中，所述根据所述风电场内任一风机的桨距角、所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角变化量和预设的约束条件，确定总目标函数，包括：

根据所述风电场内任一风机的桨距角和所述风电场内风机数量，确定桨距角平均值。

具体来说，通过如下公式确定所述桨距角平均值：

其中，θ

根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角和所述桨距角平均值，确定第一目标函数。

根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数和所述风电场内任一风机的桨距角变化量，确定第二目标函数。

根据所述第一目标函数和所述第二目标函数，确定所述总目标函数。

在本申请的部分实施例中，所述根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角和所述桨距角平均值，确定第一目标函数，包括：

根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角和所述桨距角平均值，以风电场内各风机之间桨距角的差距最小为目标，确定所述第一目标函数。

具体来说，通过如下公式确定所述第一目标函数：

其中，Obj

第一个目标函数是最小化风机之间桨距角的差距以保证风电场中每一台风机的稳定运行。在正常运行期间，风机以减载运行模式下运行，其输出功率根据桨距角的变化而变化。在风电场追踪有功功率期间，桨距角不能过低，以使风机发出的能量过多，留下的有功功率裕量太少；桨距角也不能过高，以使风机发出的能量过低，造成脱机。所以，在缺少其他目标函数的情况下，将风机之间的桨距角差异最小化，这意味着所有风机都收敛到同一个桨距角。

在本申请的部分实施例中，所述根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数和所述风电场内任一风机的桨距角变化量，确定第二目标函数，包括

根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数和所述风电场内任一风机的桨距角变化量，以风电场内各风机的桨距角变化量最小为目标，确定所述第二目标函数。

具体来说，通过如下公式确定所述第二目标函数：

其中，Obj

第二个目标函数是减小风机自身的桨距角变化量，目的是最大限度地减少风能的损失。

在本申请的部分实施例中，所述根据所述风电场内任一风机的桨距角、所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角变化量和预设的约束条件，确定总目标函数，包括：

通过如下公式确定所述总目标函数：

其中，N

进一步的，所述约束条件包括风机的容量约束、风电场的容量约束、风机备用容量约束、风电场的备用容量约束、风机电磁功率指令值约束和追踪电磁功率指令值约束。

具体来说，风机的容量约束可表示为：

P

其中，P

风电场的容量约束可表示为：

P

其中，P表示风电场的容量，P

风机备用容量约束可表示为：

P

其中，P

风电场的备用容量约束可表示为：

P

其中，P

P

其中，P

对于风电场来说，风电场内第i台风机的风机的有功功率指令值△P

本实施例上述步骤通过研究风机的电磁功率和桨距角之间的关系，详细推导了风机和风电场的预测模型。为了实现提出的控制目标，建立了比较精确的电风场模型，在预测模型的基础上，提出了基于MPC的桨距角控制的二次调频方法。MPC是一种应用广泛的控制方法，在每一个采用时刻，根据获得的当前测量信息，在线求解一个有限时间开环优化问题，并将得到的控制序列的第一个元素作用于被控对象。在下一个采样时刻，重复上述过程，用新的测量值作为此时预测系统未来动态的初始条件，刷新优化问题并重新求解。

具体来说，MPC的原理如图2所示，u为控制序列，其中t

步骤S109，根据所述风电场离散时域状态空间模型和所述总目标函数，确定桨距角参考值。

步骤S110，根据所述风机机械功率模型和所述桨距角参考值，确定风机机械功率参考值。

步骤S111，获取风机机械功率实际值，并根据所述风机机械功率实际值和所述风机机械功率参考值，确定桨距角修正量。

在本申请的部分实施例中，所述根据所述风机机械功率实际值和所述风机机械功率参考值，确定桨距角修正量，包括。

根据所述风机机械功率实际值和所述风机机械功率参考值之间的差值，确定桨距角修正量。

步骤S112，根据所述桨距角修正量，对所述桨距角参考值进行修正，确定桨距角目标值，所述桨距角目标值用于调节风电场内任一风机的电磁功率，完成电网的二次调频控制。

具体来说，风电场参与电网的二次调频时，接收到上级系统下达的有功功率指令值P

具体过程为：首先根据当前风速下风机电磁功率指令值P

本实施例可以更好地协调风电场内风机之间的电磁功率，以避免风机的桨距角过度变化，并且达到减少风能损失的目的。在风电渗透率高的电网中，通过双馈风机的桨距角控制可以迅速响应频率变化值，进一步减小动态频率偏差，避免频率跌落过低出现甩负荷的情况，完成二次调频的任务。

通常，风机运行于最大功率跟踪模式，当系统频率发生跌落时，无法提供额外的有功功率支撑来参与电网二次调频。因此，风机须采用减载措施以获取足够的有功备用。风机一般通过两种控制方法运行于减载状态：超速减载控制和桨距角减载控制。这两种方法可以实现风机在不同风速区域下的减载运行，从而使得风机可以留有一定的有功备用，在需要时通过一定的控制将其释放出来，并用于系统频率的调节当中。在中风速区域，为了使风机在参与系统频率调整时有备用有功功率可用，超速减载通过控制转子转速使风机运行在非最优功率点，降低机组有功出力，增加有功功率备用；随着风速的不断增加，发电机转子的转速也不断升高。当风速高于额定风速时，其发电机组转子的转速将会达到了额定转速，此时无法再通过超速减载法来实现风机的减载运行，只能通过桨距角控制来实现。桨距角减载则是通过调节桨距角增加或减少机组出力。桨距角控制的调节能力较强，调节范围也较大，可以实现全风速下的功率控制，而且变桨距控制系统可以提高大型风机的风能利用率，并可以减小阵风、载荷波动对风机造成的影响。所以本发明为了，通过给风机设置初始桨距角，使风机运行于减载情况下。

为了使风机获得足够的有功备用，充分发挥风机对系统频率的调节能力，达到电网二次调频对新能源电站的要求，本发明选择了调节能力更强、调节范围更广的桨距角减载控制方式来对风机来实现有功备用。

综上所述，风机运行于最大功率跟踪模式，当系统频率发生跌落时，无法提供额外的有功功率支撑来参与电网二次调频。通过设置初始桨距角，使风机预留20％的功率储备用于频率调节，当系统负荷突增时，控制环节响应频率变化，减小风机桨距角，进而增加有功功率输出。由于调整桨距角具有调节能力强、持续时间长等优点，满足系统二次调频的要求。

其中，确定风机采用桨距角控制方法来实现电网的二次调频的具体过程包括：分析恒定风速下风机机械功率曲线，可以知道不同的桨距角均存在对应的最优叶尖速比使风能利用系数达到最大；而且当桨距角为0°时，对应的最优风能捕获系数最大，且最优风能捕获系数随着桨距角的增加而快速下降。所以风机的桨距角控制可以调节风机捕获的机械能，从而调节风机注入电网的有功功率，这种控制方式能够稳定地改变风机的输出功率，从而可以支持风电场参与电网的二次调频。设置初始桨距角，使风机预留足够的功率储备用于频率调节，当系统负荷突增时，控制环节响应频率变化，减小风机桨距角，进而增加有功功率输出。

风机电磁功率调节范围如图4所示，通过桨距角调节，可在较大风速范围内实现20％～100％额定容量的有功调节。参见图5，为风机的风能捕获系数曲线，可以看出当桨距角为0°时，对应的最优风能捕获系数最大，且最优风能捕获系数随着桨距角的增加而快速下降。所以风机的桨距角控制可以调节风机捕获的机械能，即风机机械功率，从而调节风机注入电网的有功功率。风机可通过超速减载方法和桨距角减载方法运行在减载状态，由于桨距角控制的调节能力较强，调节范围也较大，可以实现全风速下的功率控制，而且变桨距控制系统可以提高大型风机的风能利用率，并可以减小阵风、载荷波动对风机造成的影响，所以本实施例采用桨距角控制方法。

桨距角控制是在保持叶尖速比始终在最优值时通过调节风机叶片桨距角，控制风机机械功率，从而实现风机有功功率控制。如图6所示，为恒定风速下风机机械功率曲线图，风机工作于运行点A，对应桨距角为0°，此时风机机械功率为P

本实施例在如图7所示的典型风电场结构中进行应用：风电场经由33kv/110kv变压器，再由20千米110千伏的架空线连接到外部110千伏的交流电网中。风电场由10台风机、两条馈线组成，每条馈线上连接有5台额定容量为5MW的风机，并且每台风机之间的距离为2千米。

本申请上述实施例公开的一种风电场参与电网二次调频的控制方法，首先建立风机机械功率模型，确定风机机械功率与桨距角的关系。然后根据风机电磁功率指令值建立风机预测模型，并在风机预测模型的基础上确定风场预测模型。进一步以风电场内各风机之间桨距角的差距最小，以及风电场内各风机的桨距角变化量最小为目标确定总目标函数。根据风场预测模型和总目标函数确定桨距角参考值。最后对桨距角参考值进行修正，确定桨距角目标值，从而实现对电网的二次调频控制。本申请在保证风电场实现电网频率调整的基础上，能够更好地协调风电场内风机之间的电磁功率，避免风机的桨距角过度变化，并且最大程度地减少风能损失，能够更快更稳定地追踪上级下达的风机电磁功率指令值。

下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。

本申请第二实施例公开了一种风电场参与电网二次调频的控制装置，所述风电场参与电网二次调频的控制装置应用于本申请第一实施例公开的风电场参与电网二次调频的控制方法，参见图8所示的结构示意图，所述风电场参与电网二次调频的控制装置包括：

风机机械功率模型生成模块801，用于获取空气密度、风机叶片半径和风速，并根据所述空气密度、所述风机叶片半径和所述风速，生成风机机械功率模型，所述风机机械功率模型用于确定风机机械功率模型。

进一步的，所述风机机械功率模型生成模块801用于通过如下公式生成所述风机机械功率模型：

其中，P

初始机械功率确定模块802，用于获取初始桨距角，并根据所述风机机械功率模型和所述初始桨距角，确定风机初始机械功率。

桨距角变化速度获取模块803，用于获取桨距角变化量、风机初始电磁功率和风机电磁功率变化量，并根据所述风机机械功率模型、所述风机初始电磁功率、所述初始桨距角、所述桨距角变化量和所述风机电磁功率变化量，确定桨距角变化速度。

电磁功率变化率获取模块804，用于获取风机电磁功率指令值，并根据所述风机电磁功率指令值，确定电磁功率变化率。

风机预测模型生成模块805，用于根据所述风机机械功率模型、所述桨距角变化速度和所述电磁功率变化率，生成风机预测模型。

进一步的，所述风机预测模型生成模块805用于通过如下公式生成风机预测模型：

△x

△y

△x

△u

△y

其中，△x

风电场连续模型生成模块806，用于根据所述风机预测模型，生成风电场连续状态空间模型。

风电场离散模型生成模块807，用于根据所述风电场连续状态空间模型，生成风电场离散时域状态空间模型。

总目标函数确定模块808，用于获取风电场内任一风机的桨距角、风电场内风机数量、风电场内任一风机的预测次数和风电场内任一风机的桨距角变化量，并根据所述风电场内任一风机的桨距角、所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角变化量和预设的约束条件，确定总目标函数。

进一步的，总目标函数确定模块808包括：

桨距角平均值确定单元，用于根据所述风电场内任一风机的桨距角和所述风电场内风机数量，确定桨距角平均值。

第一目标函数确定单元，用于根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角和所述桨距角平均值，确定第一目标函数。

第二目标函数确定单元，用于根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数和所述风电场内任一风机的桨距角变化量，确定第二目标函数。

总目标函数获取单元，用于根据所述第一目标函数和所述第二目标函数，确定所述总目标函数。

进一步的，所述第一目标函数确定单元包括：

用于根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数、所述风电场内任一风机的桨距角和所述桨距角平均值，以风电场内各风机之间桨距角的差距最小为目标，确定所述第一目标函数。

进一步的，所述第二目标函数确定单元包括：

用于根据所述风电场内风机数量、所述风电场内任一风机的预测次数和所述风电场内任一风机的桨距角变化量，以风电场内各风机的桨距角变化量最小为目标，确定所述第二目标函数。

进一步的，所述约束条件包括风机的容量约束、风电场的容量约束、风机备用容量约束、风电场的备用容量约束、风机电磁功率指令值约束和追踪电磁功率指令值约束。

进一步的，所述总目标函数确定模块用于通过如下公式确定所述总目标函数：

其中，N

桨距角参考值确定模块809，用于根据所述风电场离散时域状态空间模型和所述总目标函数，确定桨距角参考值。

风机机械功率参考值确定模块810，用于根据所述风机机械功率模型和所述桨距角参考值，确定风机机械功率参考值。

桨距角修正量确定模块811，用于获取风机机械功率实际值，并根据所述风机机械功率实际值和所述风机机械功率参考值，确定桨距角修正量。

进一步的，所述桨距角修正量确定模块811包括：

用于根据所述风机机械功率实际值和所述风机机械功率参考值之间的差值，确定桨距角修正量。

二次调频控制模块812，用于根据所述桨距角修正量，对所述桨距角参考值进行修正，确定桨距角目标值，所述桨距角目标值用于调节风电场内任一风机的电磁功率，完成电网的二次调频控制。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。