技術特征：

1.一種基于模型預測控制的風電場有功功率控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、根據(jù)風機出廠參數(shù)，從切入風速v_in到額定風速v_rated再到切出風速v_out將風電機組所處風況進行分類，再根據(jù)分類結果，將來自電網(wǎng)調度中心的有功調度功率和從公共鏈接點測量得到的風電場實時有功出力進行風電場級有功參考值分配，使每類風電機組分配到有功功率參考值其中，i＝1,2,…,n，n表示風電機組分類總數(shù)；

(2)、對分類后的每一類風電機組按照分類類別進行等值建模，再在等值建模基礎上，設計每一類風電機組的模型預測控制器，最后利用模型預測控制器對進行修定，得到有功功率值P_i^ref；

(3)、將有功功率值P_i^ref按照單臺風電機組在該類風機機組中的出力比例分配給單臺風電機組，使每臺風電機組分配到輸出功率值j＝1,2,…,m_i，m_i表示第i類風電機組的總臺數(shù)；

(4)、每臺風電機組按照分配到的輸出功率值進行輸出，從而完成整個風電場的有功功率控制。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于模型預測控制的風電場有功功率控制方法，其特征在于，所述步驟(1)中，每類風電機組分配到有功功率參考值的具體步驟為：

(2.1)、功率預處理

計算每類風電機組的有功出力P_i^out：

其中，表示第i類風電機組中第j臺風電機組的出力，m_i表示第i類風電機組的總臺數(shù)；

計算整個風電場有功出力

其中，P_i^out是第i類風電機組有功出力，n表示風電機組分類總數(shù)；

計算風電場待調控量ΔP：

其中，是來自電網(wǎng)調度中心的有功調度功率；

(2.2)、分配每類風電機組有功功率參考值

(2.2.1)、當ΔP＞0時，則表明那么每類風電機組的有功功率參考值的分配步驟為：

1)、計算每類風電機組的升功率能力：ΔP_i^up＝P_i^max-P_i^out

2)、按照預設的調控順序，依次累加每類風電機組升功率能力，當時，按照如下公式進行分配，得到每類風電機組的有功參考值

$\stackrel{\‾}{P_i^{ref}}=\left\{\begin{array}{cc}{P}_i^{\max },& 1\≤i\<t\\ P_t^{out}+\mathrm{\Δ}P-\left({\mathrm{\ΔP}}_{t-1}^{up}+{\mathrm{\ΔP}}_{t-2}^{up}+\mathrm{...}{\mathrm{\ΔP}}_1^{up}\right),& i=t\\ P_i^{out},& t\<i\≤n\end{array}\right.;$

其中，ΔP_i^up表示第i類風電機組升功率的能力，P_i^max表示第i類風電機組有功輸出最大值，t表示依次累加到第t類風電機組即可滿足調度目標；

(2.2.2)、當ΔP≥0時，表明那么每類風電機組的有功功率參考值的分配步驟為：

1)、計算每類風電機組的降功率能力：ΔP_i^down＝P_i^out-P_i^min

2)、按照預設的調控順序，依次累加每類風電機組降功率能力，當時，按照如下公式進行分配，得到每類風電機組的有功參考值

$\stackrel{\‾}{P_i^{ref}}=\left\{\begin{array}{cc}{P}_i^{\min },& 1\≤i\<t\\ P_t^{down}-\[\left|\mathrm{\Δ}P\right|-\left({\mathrm{\ΔP}}_{t-1}^{down}+{\mathrm{\ΔP}}_{t-2}^{down}+\mathrm{...}{\mathrm{\ΔP}}_1^{down}\right)\],& i=t\\ P_i^{out},& t\<i\≤N\end{array}\right.;$

其中，ΔP_i^down表示第i類機組降功率的能力，P_i^min表示第i類機組有功輸出最小值。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于模型預測控制的風電場有功功率控制方法，其特征在于，所述步驟(2)中，對每一類風電機組按照分類類別進行等值建模的方法為：

(3.1)、設步驟(1)中風電機組所處風況況劃分為n類，其中，低風速區(qū)機組占k-1類，表示為T₁,T₂,…T_k-1；臨近額定風速機組占一類，表示為T_k；高風速區(qū)機組占n-k類，表示為T_k+1,T_k+2,…T_n；

(3.2)、對各類風電機組進行等值

(3.2.1)、以容量等值為前提，分別對各類風電機組進行等值；

1)、對低風速區(qū)機組進行等值：

1.1)、風速等值

根據(jù)風速-功率函數(shù)計算第i風電機組中每臺風電機組功率：P_ij＝F(v_ij)

計算第i風電機組的等值有功功率P_i^eq：

采用倒推法計算第i類風電機組的等值風速

其中，j表示第i類風電機組中第j臺風電機組，m_i表示第i類風電機組的總臺數(shù)，F(xiàn)(v_ij)為風速-功率函數(shù)，v_ij表示第i類風電機組中第j臺風電機組的風速；

1.2)、轉矩等值

$T_{i,eq}^{wt}=T_{ij*}^{wt}$

其中，為第i類風電機組的等值轉矩，其值相當于第i類中某臺特定機組j^*的轉矩；

2)、對臨近額定風速機組和高風速區(qū)機組進行等值；

2.1)、風速等值：

2.2)、轉矩等值：

(3.3)、根據(jù)等值建立狀態(tài)空間模型

(3.3.1)、將風機機械轉矩在給定穩(wěn)定運行點的一階泰勒展開近似得到：

${\mathrm{\δT}}_t=K_{\mathrm{\ω}}({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}){\mathrm{\δ\ω}}_t+K_v({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}})\mathrm{\δ}v+K_{\mathrm{\β}}({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}})\mathrm{\δ}\mathrm{\β}$

$\left.\begin{array}{c}{K}_{\mathrm{\ω}}\left({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}\right){\mathrm{\δ\ω}}_t=\frac{\∂T_t}{\∂{\mathrm{\ω}}_t}{|}_{\left({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}\right)}\\ K_v\left({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}\right)\mathrm{\δ}v=\frac{\∂T_t}{\∂v}{|}_{\left({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}\right)}\\ K_{\mathrm{\β}}\left({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}\right)\mathrm{\δ}\mathrm{\β}=\frac{\∂T_t}{\∂\mathrm{\β}}{|}_{\left({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_t,\stackrel{\‾}{v},\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}\right)}\end{array}\right\}$

其中，δ表示變量與其穩(wěn)定運行點的偏差，ρ是空氣密度，R是風輪半徑，v是風速，C_p(λ，β)是功率利用系數(shù)，β是槳距角，λ是葉尖速比，ω_t是風機轉速，T_t可看作關于風機轉速ω_t、槳距角β和風速v的函數(shù)，上劃線表示其穩(wěn)態(tài)運行點；

(3.3.2)、建立狀態(tài)空間模型

$\stackrel{\·}{x}=Ax+B_{u}u+B_{d}d$

y＝δP_g＝Cx

其中，d＝δv

$A=\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& -1& 0& 0\\ -K_S/J_t& (K_{{\mathrm{\ω}}_t}-B_S)/J_t& B_S/J_t& 0& K_{\mathrm{\β}}/J_t\\ K_S/J_g& B_S/J_g& -B_S/J_g& -1/J_g& 0\\ 0& 0& 0& -1/{\mathrm{\τ}}_g& 0\\ 0& 0& 0& 0& -1/\mathrm{\τ}\end{array}\right]$

$\begin{array}{cc}{B}_u=\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& 0\\ 0& 0\\ 1/{\mathrm{\τ}}_g& 0\\ 0& 1/\mathrm{\τ}\end{array}\right]& B_d=\left[\begin{array}{c}0\\ K_v/J_t\\ 0\\ 0\\ 0\end{array}\right]\end{array}$

$C=\left[\begin{array}{ccccc}0& 0& \mathrm{\η}{\stackrel{\‾}{T}}_g& \mathrm{\η}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_g& 0\end{array}\right]$

其中，ω_g是電機轉速，T_g是電磁轉矩，上標*表示給定值，K_s和B_s分別表示轉動軸的等值彈性系數(shù)和等值阻尼系數(shù)，J_t和J_g分別表示風機轉動慣量和電機轉動慣量，τ_g和τ分別表示機電時間常數(shù)和槳距角時間常數(shù)。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于模型預測控制的風電場有功功率控制方法，其特征在于，所述步驟(2)中，模型預測控制器的設計流程為：

(4.1)、將狀態(tài)空間模型離散化，得到：

x(k+1)＝A′x(k)+B_u′u(k)+B_d′d(k)

y(k+1)＝C′x(k)

(4.2)、設計優(yōu)化目標函數(shù)及約束條件

優(yōu)化目標函數(shù)為：

約束條件為：

其中，n_c,n_p分別表示控制時域和預測時域，Q_P，Q_R，Q_S分別表示權重系數(shù)，分別表示第i類風電機組電磁轉矩和槳距角的最大值，且分別表示第i類風電機組電磁轉矩給定值與槳距角給定值在兩個采樣時刻之差，分別表示第i類風電機組的電磁轉矩給定值，已知采樣時間和變化率約束兩者相乘則可計算得到分別表示第i類風電機組電磁轉矩的最小值和最大值，槳距角的最小值和最大值。