[发明专利]考虑不变桨风速范围的风电机组有功功率控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种考虑不变桨风速范围的风电机组有功功率控制方法及系统，方法包括：获取风机相关参数；计算风机的不变桨风速范围；分析桨距角对不变桨风速范围的影响规律；建立被动变速风轮桨距角与风速变化范围之间的适配关系；实现考虑不变桨风速范围的风机有功功率控制。本发明提出的考虑不变桨风速范围的风机有功功率控制方法，能够使被动变速风轮不变桨风速范围动态匹配风速实际波动范围，降低风轮达到转速边界的频次，缓解风轮超速和电磁功率跌落。

技术领域

本发明属于风机控制领域，特别是一种考虑不变桨风速范围的风电机组有功功率控制方法及系统。

背景技术

随着风电大规模、高渗透率接入电网，逐步形成了新能源为主体的新型电力系统。在此背景下，迫切需要变速变桨风电机组从通常采用的最大功率点跟踪(MPPT)控制转变为跟踪电网功率指令的有功功率控制(APC)，以参与电网的自动发电控制、支撑系统的有功功率平衡。

区别于MPPT控制，在被动变速APC控制下，风机气动功率与电磁功率完全解耦，其传动链将承受幅值更大、变化更快的不平衡功率。这不仅导致风机机电动态稳定更难维持，而且大幅增加变桨机构的调节负担。

为了更充分地利用风轮被动变速、减轻变桨机构的动作疲劳，现有研究提出了集成变速-变桨APC控制策略(IAPC)和分段桨距控制，利用任意桨距角风轮被动变速应对风速波动，有效减少了变桨动作。但是现有的APC方法中的变桨环节均是在风轮转速达到边界时启动，实现转速边界处的限转速控制，被动变速风轮的桨距角具有很强的随机性和不确定性。而且变桨执行机构动作缓慢，电磁功率不参与风机机电动态调节，风机更容易出现转速超调，造成风轮超速或电磁功率跌落问题，严重影响了风机有功功率控制性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑不变桨风速范围的风电机组有功功率控制的方法，通过增加适配桨距角的设定环节，使得被动变速风轮的不变桨风速范围动态匹配风速波动范围，降低风轮达到转速边界的频次，进一步缓解风轮超速和电磁功率跌落。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种考虑不变桨风速范围的风电机组有功功率控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，获取风机相关参数，包括空气密度ρ，风轮半径R，额定转速ω_N，风机气动特性C_P(λ,β)，功率指令P_cmd、风轮转速ω；

步骤2，计算风机的不变桨风速范围

步骤3，分析确定桨距角β对不变桨风速范围的影响关系；

步骤4，基于所述影响关系建立被动变速风轮桨距角与风速变化范围U_v之间的适配关系，并基于该关系获得适配桨距角确定策略；

步骤5，基于所述适配关系实现考虑不变桨风速范围的风机有功功率控制。

进一步地，步骤2所述计算风机的不变桨风速范围具体过程包括：

对于功率指令为P_cmd和变速区间设定为[ω_L,ω_U]的有功功率控制，当桨距角为β时，存在一个最大的风速波动范围

使得对于该风速范围内的任一风速，风机都存在一个稳定平衡点(ω₀,β₀)，且满足ω₀∈[ω_L,ω_U]与β₀＝β；式中，ω_L与ω_U分别为变速区间的下边界与上边界，v_L(β)与v_U(β)分别为桨距角为β时风机不变桨风速范围的下边界与上边界；v_L(β)与v_U(β)分别满足：