[发明专利]基于功率倍增特性的浓缩风能型风电机组变桨距控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种基于功率倍增特性的浓缩风能型风电机组变桨距控制方法。

背景技术

浓缩风能型风电机组的理论基础是浓缩风能理论。浓缩风能理论的核心是能量守恒定律，即将稀薄的风能经浓缩风能装置加速、整流和均匀化后驱动叶轮旋转发电,从而提高了风能的能流密度，改善了风能的不稳定性，提高了风能品位。浓缩风能型风电机组凭借其先天性优势，可以广泛地应用于各种风速、各种空气密度地区。

浓缩风能型风电机组具有其独特的n³功率特性。高风速区间，作用于浓缩风能型风电机组风轮上的风功率突变率过大，常规变桨距速度不能跟踪风功率变化。因而，需要一种专用变桨距控制方法。

而且常规变桨距控制策略之下，变桨距速率均不高于6°/s，直接应用于浓缩风能型风电机组之上并不能解决功率跟踪的问题，反而会带来更多的系统不稳定因素，而硬性提高变桨距速率又会导致系统失稳。

PID控制具有控制原理简单，使用方便、适应性强、鲁棒性强、抗干扰能力强等优点，但是由于常规PID参数整定方法繁杂，其参数往往不易整定造成了性能欠佳。

当系统数学模型未知或不确定时，特别是对于风电机组控制系统——非线性、多变量系统，模糊控制能达到令人满意的效果。

发明内容

为了解决目前上述浓缩风能型风电机组采用的定桨距失速型控制方式存在的技术缺陷，通过对浓缩风能型风电机组特殊的风功率特性的分析研究，本发明提出一种基于功率倍增特性的浓缩风能型风电机组变桨距控制方法，包括：

步骤1、根据不同风速，将浓缩风能型风电机组工况划分为六个阶段：待风阶段、功率跃升阶段、功率缓冲阶段、额定功率稳定输出阶段、预切出阶段、顺桨停机保护阶段，其中前五个阶段分别对应以下风速区间：[0，V_cut-in)、[V_cut-in，V_95％ref)、[V_95％ref，V_105％ref)、[V_105％ref，V_180％ref)、[V_180％ref，V_cut-out)，其中，V_cut-in为切入风速，V_95％ref为95％的额定风速，V_105％ref为105％的额定风速，V_180％ref为180％的额定风速，V_cut-out为切出风速；

步骤2、当风速处于待风阶段时，浓缩风能型风电机组的叶片工作在零桨距角状态下，变桨距控制系统待机，整机待风；

步骤3、当风速处于功率跃升阶段时，浓缩风能型风电机组的叶片工作在桨距角为零的状态下，并进行功率跟踪监控；

步骤4、当风速处于功率缓冲阶段时，将功率缓冲阶段分成缓冲区间Ⅰ[V_95％ref，V_ref)与缓冲区间Ⅱ[V_ref，V_105％ref)，从而在两个缓冲区间上进行近似的线性化，选取不同的论域、运用不同的模糊控制规则进行分段模糊PID控制；V_ref为额定风速；

步骤5、当风速处于额定功率稳定输出阶段时，将额定功率稳定输出阶段分成额定区间Ⅰ[V_105％ref，V_150％ref)与额定区间Ⅱ[V_150％ref，V_180％ref)，从而在两个额定区间选取不同的论域、运用不同的模糊控制规则，以减小误差，进行分段模糊PID控制，V_150％ref为180％的额定风速；

步骤6、当风速处于预切出阶段时，将叶片的气动刹车特性、转速加入到控制策略中进行模糊PID控制；当风速在此阶段中超出阈值，则直接顺桨停机，进入到顺桨停机保护阶段；

步骤7、当风速处于[V_cut-out，+∞)区间时，变桨距控制系统迅速将叶片调整至顺桨状态；停机保护风电机组安全。

所述分段模糊PID控制方法包括独立的模糊整定K_p，K_i，K_d环节，PID控制环节，误差反馈环节，具体步骤如下：