[发明专利]一种风力发电机组最佳叶尖速比跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，尤其是一种风力发电机组最佳叶尖速比跟踪控制方法。

背景技术

风力机的最大功率跟踪是指在额定风速以下，通过调节风轮转速，使其随着风速的变化而变化，从而使风力机保持在最佳叶尖速比状态，将风能利用系数保持在最大值，获得最大功率输出的方法。

最大风能跟踪(MPPT)是风力发电的核心问题，但风能的跟踪的特性是由风力机决定的。因此无论是那种风力机，其风能跟踪的思想是相通的。目前常用的最大风能跟踪控制主要有最优叶尖速比法、功率信号反馈法、最优转矩法、爬山法。

最佳叶尖速比通过测量的风速计算出对应的最优转速，通过调节转矩使风机维持在最优转速运行。该方法主要问题在于不能够精确的测量出实际风速大小。

最优转矩法为通过给定的转速和转矩、功率曲线，通过测量的转速进行给定功率和转矩的方法，该方法的主要问题在于最优转速与转矩、功率曲线难以得到。另一个问题是随着风机的运行时间变长，叶片变形等原因会导致风机特性变化，从而使得原本给定的转速和转矩、功率曲线不再是最优曲线。

爬山法是对风机的转速控制的指令值以一定的转速扰动值Δω,然后观察风车的功率变化。如果功率增加，则风车转速的扰动方向不变，如果功率减小，则将风车转速的扰动反向。申请号为201110173155.1的中国专利申请对该爬山法方法进行了改进，该专利算法不仅继承了变步长爬山法快速搜索至MPP附近的优点，还具有最大功率点（MPP）检测和停止机制。在风机跟踪至MPP附近时，该机制不仅可以有效降低转速振荡对风机系统机械部件的磨损，更克服了算法停止机制生效后风速再次变化时对搜索方向判断的干扰，从而进一步提高了风能捕获效率。该方法问题在于它适用于惯性很小的小型风力发电系统，对于惯性较大的大型风力机系统，由于风力机具有较大的转动惯量，系统的时间常数较长，使得该方法对大型的风力机组无法进行有效的控制。

申请号为200610097565.1的中国专利申请采用了初始状态根据原始最大功率曲线对风机进行功率信号反馈控制，风速变化较小时采用爬山法寻优控制，通过转速扰动获得当前风速下的最大输出功率和对应的发电机转速，根据原始的最大功率曲线和新加入的数据点，获取修正后的最大功率曲线。风速变化较大时采用修正后的最新功率曲线，对系统采用功率信号反馈控制。该方法对于风场的风速状况要求较高，尤其是机组容量越大，风轮惯性越大，使用爬山法控制风机达到平衡所需的延时时间越长，通常爬山法控制系统达到稳定所需时间是查表法达到稳定所需时间的5倍左右。对于一些风速湍流度较高的A类风场，使用该方法进行功率曲线修正的难度比较大。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组最佳叶尖速比跟踪控制方法。

为实现上述发明目的，本发明风力发电机组最佳叶尖速比跟踪控制方法可采用如下技术方案：

一种风力发电机组最佳叶尖速比跟踪控制方法，包括如下步骤：

（1）、通过反馈转矩和转速计算出确切的发电机功率值，通过功率和最佳叶尖速比对应的功率因素计算出风速；

（2）、转速能够调节的情况下调节转速使风机运行在最佳叶尖速比状态，转速不能调节的情况下调节桨距角，使风机运行在最佳叶尖速比状态；

（3）、采用统计平均爬山法，对最小变桨角度对应的最佳叶尖速比值进行校正，通过统计平均爬山法校正最小叶片角度β₀对应最佳叶尖速比值的方法为：在风机运行过程中，对规定好采样范围内的计算风速和相应叶尖速比所对应的值进行统计，采样统计达到预计的规模后进行平均计算；第一次统计完成后对进行扰动，重复统计过程并计算后与前面的统计值进行比较，选取更优的值。统计出最优运行一段时间后重新进行该统计校验过程，重新获取最优值。

与现有技术相比，本发明解决的问题有：1、如何得到精确的风速来调节风机，使风机运行在最佳叶尖速比状态下；2、如何增加风机运行在最佳叶尖速比状态下的风速范围；3、在最佳叶尖速比值不确定或者随着叶片长时间运行变形后如何确定风机0°角对应的最佳叶尖速比值。

附图说明

图1是本发明中功率因素和叶尖速比关系随桨距角变化的曲线簇的图。

图2是本发明中风机理想状态运行曲线图。

图3是本发明最佳叶尖速比追踪控制策略流程图。

图4是本发明中最小角度下最佳叶尖速比统计平均爬山法校正流程图。

具体实施方式