[发明专利]直驱永磁同步风力发电机组风能捕获跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明的直驱永磁同步风力发电机组风能捕获跟踪控制方法，属于风力发电机组运行控制技术领域。

背景技术

风能是清洁的可再生能源，风力发电技术的日趋成熟和工程化运用，使得风电事业在世界各国受到重视和大力发展，随着风电机组装机容量的快速增长，人们越来越重视风电机组的安全稳定运行和发电效益。直驱永磁同步风力发电机组由于省去了笨重的齿轮箱传动机构，不仅降低了机械故障率，还提高了机组发电效率，因而成为风电机组的发展趋势。由于风轮机的特殊机械结构特性，其吸收的机械功率的大小，不仅取决于作用风速的大小，还取决于机组转速，因而如何调节机组的转速，使机组实现最大风能捕获，成为风电机组运行控制技术的关键。

为实现机组的最大风能捕获，风电机组采用的运行控制技术有多种，总体上分为控制机组的输入转矩和控制机组的输出转矩，典型做法有：(1)当风速改变时，按照厂家给定的优化的输出功率P_e和风速v的P_e-v曲线，相应调整和保证机组的输出功率。该方法的缺陷是：必须依赖于风速的高精度测量，而工程实际中，MW级机组的风轮面积很大，以哪一个测点的风速测量值作为机组实际等效受力风速，还需要进一步研究，因而相对于每个测点风速下的最大风能捕获运行点的跟踪，其调节精度、调节速度无法保证。(2)根据风轮机吸收的机械功率表达式Pm=12CPρSv3,]]>式中C_P为风能捕获系数，ρ为空气密度(kg/m³)，S为风轮面积(m²)，v为叶轮的上游风速(m/s)，求得作用在转子上的机械转矩为T_m＝P_m/ω，作相应的推导，有T_m＝k_optω²，系数kopt=12CPρS(Rλ)3,]]>λ为叶尖速比，λ=ωRv,]]>R为叶轮半径(m)，以此作为发电机的转矩调节指令，调节机组的转速，使机组跟踪最大风能捕获运行点运行。该方法的缺陷是：在系数k_opt计算时，也需要直接运用到风速v测量值，因而调节精度、调节速度也无法保证。(3)按照风轮机吸收的机械功率P_m满足dPmdω=0]]>的控制目标，运用爬山类方法，多次试探性地增加或减少转速指令步长，等机组再次稳定后，计算最近两次功率的大小并比较判断dPmdω=0]]>的变化趋势，保留好的趋势，等机组稳定运行后，继续试探，直至dPmdω=0,]]>使机组运行于最大风能捕获运行点。理论上来说，该方法具有一定的合理性，其工程实现的缺陷是：风速的随机性和快变性(很少有几秒不变的)，决定了控制技术实现必须具有快速性，爬山类方法的试探性及调节过程的“等待性”不能适应快速控制的需求。总之，现有的运行控制技术，在实现机组最大风能捕获的快速准确的调节控制方面需要进一步优化。