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Model Predictive Yaw Control Using Fuzzy-Deduced Weighting Factor for Large-Scale Wind Turbines

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Energy Engineering 2021年第2期118卷 237-250页

作者： Shuowang Zhang Lingxiang Huang dongran song Ke Xu Xuebing Yang Xiaoping song XEMC Wind power Co. Ltd.Xiangtan411100China School of Automation Central South UniversityChangsha410083China

Yaw control system plays an important role in helping large-scale horizontal wind turbines capture the wind *** track the stochastic and fast-changing wind direction,the nacelle is rotated by the yaw control ***,a difficulty consists in the variation speed of the wind direction much faster than the rotation speed of the *** deal with this difficulty,model predictive control has been recently proposed in the literature,in which the previewed wind direction is employed into the predictive model,and the estimated captured energy and yaw actuator usage are two contradictive *** the performance of the model predictive control strat-egy relies largely on the weighting factor that is designed to balance the two objectives,the weighting factor should be carefully *** this study,a fuzzy-deduced scheme is proposed to derive the weighting factor of the mod-el predictive yaw *** the proposed fuzzy-deduced strategy,the variation degree and the increment of the wind direction during the predictive horizon are used as the inputs,and the weighting factor is the output,which is dynamically *** proposed model predictive yaw control is demonstrated by some simulations using real wind data and its performance is compared with the conventional model predictive control with thefixed weighting *** results confirm the outweighing performance of the proposed control strategy over the conventional one.

关键词： Wind turbine yaw control weighting factor fuzzy logic control

Annual Energy Production Estimation for Variable-speed Wind Turbine at High-altitude Site

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Journal of Modern Power Systems and Clean Energy 2021年第3期9卷 684-687页

作者： dongran song songyue Zheng Sheng Yang Jian Yang Mi Dong Mei Su Young Hoon Joo the School of Automation Central South UniversityChangsha 410083China the School of Energy Science and Engineering Central South UniversityChangsha 410083China the School of IT Information and Control Engineering Kunsan National UniversityKunsan 573701Korea

This letter presents a systematic approach to estimate the annual energy production(AEP) of variable-speed wind turbines erected at high-altitude sites. Compared with the existing empirical-model based approaches, the proposed approach models the influence of the air density on the power production while employing the theoretical power curve. Consequently, the proposed approach provides a precise estimation of AEP, which can serve as a foundation of the optimum turbinesite matching design at different-altitude sites.

关键词： Variable-speed wind turbine annual energy production high-altitude site turbine-site matching

基于机器学习的带被动阻尼直流微电网系统的稳定性检测

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电工技术学报 2024年第8期39卷 2281-2293,2324页

作者：刘笑杨建李力董密宋冬然中南大学自动化学院长沙410083

直流微电网中恒功率负荷(CPL)具有负阻尼特性,该特性会降低系统稳定性。为此,通过在滤波器上添加被动阻尼来增强直流微电网系统的稳定性,并提出一种基于机器学习的方法来检测带被动阻尼直流微电网系统的稳定性。首先,建立带被动阻尼直... 详细信息

直流微电网中恒功率负荷(CPL)具有负阻尼特性,该特性会降低系统稳定性。为此,通过在滤波器上添加被动阻尼来增强直流微电网系统的稳定性,并提出一种基于机器学习的方法来检测带被动阻尼直流微电网系统的稳定性。首先,建立带被动阻尼直流微电网系统的小信号模型,以此来确定影响系统稳定性的参数。其次,以所选系统参数为变量建立仿真场景,以此来获取用于机器学习算法训练的数据集。再次,提出一种基于轻量型梯度提升机(LGBM)的直流微电网稳定性检测模型,并采用沙普利加解释法(SHAP)分析所选参数对LGBM预测结果和直流微电网系统稳定性的影响。最后,通过仿真和硬件在环实验验证所提方法的有效性和优越性。

关键词：直流微电网稳定性检测被动阻尼轻量型梯度提升机沙普利加解释

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分布式的温控负荷集群负荷跟随控制

中国电机工程学报 2023年第21期43卷 8270-8281页

作者：李力董密宋冬然杨建王其兵中南大学自动化学院湖南省长沙市410083 国开启科量子技术(北京)有限公司北京市海淀区100085

温控负荷(thermostatically controlled loads,TCLs)集群作为一种灵活的可调度资源,已成为促进电网经济运行和帮助电网恢复稳定的有力手段之一。然而,由于温控负荷单体功率小、位置分散且参数各异,给调度带来了困难。为了灵活利用数量... 详细信息

温控负荷(thermostatically controlled loads,TCLs)集群作为一种灵活的可调度资源,已成为促进电网经济运行和帮助电网恢复稳定的有力手段之一。然而,由于温控负荷单体功率小、位置分散且参数各异,给调度带来了困难。为了灵活利用数量庞大的负荷侧资源进行负荷跟随控制,该文建立温控负荷的虚拟电池模型和负荷集群的聚合模型,并提出基于双层分布式通信网络的控制策略。上层利用分布式交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)来解决不同负荷聚合器的最佳跟随功率问题,以确保跟随效益最优;下层提出基于快速分布式平均一致性算法的深度神经网络(deep neural networks,DNN)的方法,使得聚合器内部的所有温控负荷以相等的虚拟电池荷电状态(state of charge,SoC)快速共享上层得到的跟随功率,并有效减少了通信数据量。不同时间尺度的算例验证提出的控制策略能够实现快速的负荷跟随,并保证用户侧的效益。

关键词：温控负荷负荷跟随虚拟电池模型交替方向乘子法快速分布式平均一致性深度神经网络

基于深度学习的恒功率负荷直流微电网稳定性分析

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电力系统自动化 2023年第15期47卷 188-197页

作者：杨建刘笑董密李力宋冬然黄连生中南大学自动化学院湖南省长沙市410083 中国科学院等离子体物理研究所安徽省合肥市230031

针对恒功率负荷(CPL)因负阻抗特性导致直流微电网母线电压失稳的问题,从限制CPL取值范围出发,引入深度学习算法分析系统的稳定性。首先,通过采用直流微电网机理模型仿真,建立初始数据库;然后,对数据库进行预处理,在此基础上,利用最大信... 详细信息

针对恒功率负荷(CPL)因负阻抗特性导致直流微电网母线电压失稳的问题,从限制CPL取值范围出发,引入深度学习算法分析系统的稳定性。首先,通过采用直流微电网机理模型仿真,建立初始数据库;然后,对数据库进行预处理,在此基础上,利用最大信息系数进行相关性分析,得到系统参数与CPL临界值之间的相关性强弱信息,并实现输入特征降维;接着,采用自定义损失函数与量化预测性能等方法设计适用于CPL临界值预测的深度学习策略。最后,针对不同场景的直流微电网进行仿真测试,并通过硬件在环实验验证所提深度学习策略的有效性和优越性。

关键词：微电网(微网) 恒功率负荷稳定深度学习最大信息系数深度神经网络

基于孤立森林与稀疏高斯过程回归的风电机组偏航角零点漂移诊断方法

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中国电机工程学报 2021年第18期41卷 6198-6211页

作者：杨建王力宋冬然董密陈思范黄凌翔中南大学自动化学院湖南省长沙市410083 明阳智慧能源集团股份公司广东省中山市528437 湘电风能集团有限公司湖南省湘潭市411102

偏航角零点漂移严重影响风电机组性能,将之消除的前提是对其进行可靠且快速的检测。基于风能捕获机理,该文提出一种运用机器学习算法的偏航角零点漂移诊断方法。首先,采用孤立森林(isolated forest,IF)异常值检测算法对数据进行预处理;... 详细信息

偏航角零点漂移严重影响风电机组性能,将之消除的前提是对其进行可靠且快速的检测。基于风能捕获机理,该文提出一种运用机器学习算法的偏航角零点漂移诊断方法。首先,采用孤立森林(isolated forest,IF)异常值检测算法对数据进行预处理;其次,建立非参数模型稀疏高斯过程回归(sparse Gaussian process regression,SGPR)估计偏航角零点漂移;最后,利用多个风电场的风电机组实际运行数据对所提方法进行验证,并分析不同诊断模型对数据量的依赖性。结果表明:IF+SGPR方法准确性高,所需数据量少,能够快速诊断偏航角零点漂移;该诊断方法能够应用于各种电场不同型号的风电机组,普适性较高。

关键词：风电机组零点漂移偏航角偏航误差孤立森林稀疏高斯过程回归

基于两步处理的大型海上风电场分布式运行功率优化方法

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电力系统自动化 2023年第7期47卷 94-104页

作者：杨建黄朝能宋冬然董密陈思范胡阳房方中南大学自动化学院湖南省长沙市410083 明阳智慧能源集团股份公司广东省中山市528437 华北电力大学控制与计算机工程学院北京市102206

随着海上风电场逐步走向大型化,尾流效应对风电场发电效率的影响加剧。已有风电场尾流控制方法的计算负荷较大,优化效果有限。对此,基于风电场网络的更新与分簇,提出一种两步功率优化方法。基于海上风电场尾流效应完善网络化定义,提出... 详细信息

随着海上风电场逐步走向大型化,尾流效应对风电场发电效率的影响加剧。已有风电场尾流控制方法的计算负荷较大,优化效果有限。对此,基于风电场网络的更新与分簇,提出一种两步功率优化方法。基于海上风电场尾流效应完善网络化定义,提出将优化分为两个阶段以处理优化动作对风电场网络和功率的影响;引入谱聚类方法实现网络分簇,结合改进的平衡优化算法进行高效求解,并通过分簇更新与优化迭代的结合实施两步优化策略。案例仿真结果表明,相对于集中式优化,所提出的方法优化效果接近,求解时间显著缩短;与单步优化相比,在具有复杂尾流关联的场景下,能以增加一定的求解时间为代价,获得更大的功率增益。最后,对不同规模风电场和分簇数量进行了探究,所提出方法对大型海上风电场具有较好的应用前景。

关键词：海上风电场分布式优化尾流效应网络分簇

基于有限状态机的三电平逆变器双矢量模型预测控制策略

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电力系统自动化 2023年第11期47卷 155-164页

作者：周汉斌杨建黄连生宋冬然陈晓娇董密中南大学自动化学院湖南省长沙市410083 中国科学院等离子体物理研究所安徽省合肥市230031

针对三电平逆变器使用有限集模型预测控制策略时,存在电流谐波大、对微控制器运算能力要求高、多目标优化复杂及输出矢量切换受限等问题,提出一种基于有限状态机的双矢量模型预测控制策略。首先,采用有限状态机来描述有限的控制集和受... 详细信息

针对三电平逆变器使用有限集模型预测控制策略时,存在电流谐波大、对微控制器运算能力要求高、多目标优化复杂及输出矢量切换受限等问题,提出一种基于有限状态机的双矢量模型预测控制策略。首先,采用有限状态机来描述有限的控制集和受限的矢量切换,并以此作为三电平逆变器运行的基础,从而避免过大的相电压和线电压跳变;然后,提出一种适用于该有限状态机的简化控制集方法,使得候选矢量的数量不超过5个;继而,结合直流侧电容电压平衡控制,确定最优双矢量组合,且无须进行多目标优化;最后,计算双矢量的占空比,进一步降低输出电流的谐波。仿真和实验结果验证了所提策略的良好性能。

关键词：三电平逆变器模型预测控制有限状态机电压跳变抑制电容电压平衡

基于改进麻雀搜索算法的大型海上风电场电缆布置优化

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电力系统保护与控制 2022年第12期50卷 134-143页

作者：宋冬然晏嘉琪夏鄂杨建董密陈思范胡阳房方中南大学自动化学院湖南长沙410083 明阳智慧能源集团股份公司广东中山528437 华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206

考虑多个设计变量和成本因素后,大型海上风电场电缆布置优化问题呈现出高复杂度特点。为此,提出一种基于改进麻雀搜索算法的电缆布置优化方法。首先,以电缆全寿命周期总成本为目标函数,考虑实际工程需求提出约束条件,建立电缆布置优化... 详细信息

考虑多个设计变量和成本因素后,大型海上风电场电缆布置优化问题呈现出高复杂度特点。为此,提出一种基于改进麻雀搜索算法的电缆布置优化方法。首先,以电缆全寿命周期总成本为目标函数,考虑实际工程需求提出约束条件,建立电缆布置优化模型。然后,结合鸡群优化算法和Prim算法来改进麻雀搜索算法,对海上风电场的电缆连接拓扑、电缆型号和变电站位置同时进行优化。最后,进行实例分析,验证模型的可行性和改进算法的有效性。结果显示,全寿命周期模型可以全面评估电缆布置的经济性。相比于原算法,改进麻雀搜索算法的寻优能力有较大提升,且相对于文献中的改进算法具有结构简单、效率高和优化稳定性强的特点,适用于大型海上风电场电缆布置优化问题。

关键词：大型海上风电场电缆布置全寿命周期总成本改进麻雀搜索算法同时优化