[發(fā)明專利]一種風力發(fā)電機組最佳葉尖速比跟蹤控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310158045.7
• 申請日: 2013-05-02
• 公開（公告）號: CN103244350A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 鄔昌明;邵宜祥;王長寶;王文卓;胡麗萍;曾雨竹;蔡國洋
• 申請（專利權）人: 國電南瑞科技股份有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

技術領域

本發(fā)明涉及風力發(fā)電領域，尤其是一種風力發(fā)電機組最佳葉尖速比跟蹤控制方法。

背景技術

風力機的最大功率跟蹤是指在額定風速以下，通過調節(jié)風輪轉速，使其隨著風速的變化而變化，從而使風力機保持在最佳葉尖速比狀態(tài)，將風能利用系數(shù)保持在最大值，獲得最大功率輸出的方法。

最大風能跟蹤(MPPT)是風力發(fā)電的核心問題，但風能的跟蹤的特性是由風力機決定的。因此無論是那種風力機，其風能跟蹤的思想是相通的。目前常用的最大風能跟蹤控制主要有最優(yōu)葉尖速比法、功率信號反饋法、最優(yōu)轉矩法、爬山法。

最佳葉尖速比通過測量的風速計算出對應的最優(yōu)轉速，通過調節(jié)轉矩使風機維持在最優(yōu)轉速運行。該方法主要問題在于不能夠精確的測量出實際風速大小。

最優(yōu)轉矩法為通過給定的轉速和轉矩、功率曲線，通過測量的轉速進行給定功率和轉矩的方法，該方法的主要問題在于最優(yōu)轉速與轉矩、功率曲線難以得到。另一個問題是隨著風機的運行時間變長，葉片變形等原因會導致風機特性變化，從而使得原本給定的轉速和轉矩、功率曲線不再是最優(yōu)曲線。

爬山法是對風機的轉速控制的指令值以一定的轉速擾動值Δω,然后觀察風車的功率變化。如果功率增加，則風車轉速的擾動方向不變，如果功率減小，則將風車轉速的擾動反向。申請?zhí)枮?01110173155.1的中國專利申請對該爬山法方法進行了改進，該專利算法不僅繼承了變步長爬山法快速搜索至MPP附近的優(yōu)點，還具有最大功率點（MPP）檢測和停止機制。在風機跟蹤至MPP附近時，該機制不僅可以有效降低轉速振蕩對風機系統(tǒng)機械部件的磨損，更克服了算法停止機制生效后風速再次變化時對搜索方向判斷的干擾，從而進一步提高了風能捕獲效率。該方法問題在于它適用于慣性很小的小型風力發(fā)電系統(tǒng)，對于慣性較大的大型風力機系統(tǒng)，由于風力機具有較大的轉動慣量，系統(tǒng)的時間常數(shù)較長，使得該方法對大型的風力機組無法進行有效的控制。

申請?zhí)枮?00610097565.1的中國專利申請采用了初始狀態(tài)根據(jù)原始最大功率曲線對風機進行功率信號反饋控制，風速變化較小時采用爬山法尋優(yōu)控制，通過轉速擾動獲得當前風速下的最大輸出功率和對應的發(fā)電機轉速，根據(jù)原始的最大功率曲線和新加入的數(shù)據(jù)點，獲取修正后的最大功率曲線。風速變化較大時采用修正后的最新功率曲線，對系統(tǒng)采用功率信號反饋控制。該方法對于風場的風速狀況要求較高，尤其是機組容量越大，風輪慣性越大，使用爬山法控制風機達到平衡所需的延時時間越長，通常爬山法控制系統(tǒng)達到穩(wěn)定所需時間是查表法達到穩(wěn)定所需時間的5倍左右。對于一些風速湍流度較高的A類風場，使用該方法進行功率曲線修正的難度比較大。

故，需要一種新的技術方案以解決上述問題。

發(fā)明內容

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機組最佳葉尖速比跟蹤控制方法。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明風力發(fā)電機組最佳葉尖速比跟蹤控制方法可采用如下技術方案：

一種風力發(fā)電機組最佳葉尖速比跟蹤控制方法，包括如下步驟：

（1）、通過反饋轉矩和轉速計算出確切的發(fā)電機功率值，通過功率和最佳葉尖速比對應的功率因素計算出風速；

（2）、轉速能夠調節(jié)的情況下調節(jié)轉速使風機運行在最佳葉尖速比狀態(tài)，轉速不能調節(jié)的情況下調節(jié)槳距角，使風機運行在最佳葉尖速比狀態(tài)；

（3）、采用統(tǒng)計平均爬山法，對最小變槳角度對應的最佳葉尖速比值進行校正，通過統(tǒng)計平均爬山法校正最小葉片角度β₀對應最佳葉尖速比值的方法為：在風機運行過程中，對規(guī)定好采樣范圍內的計算風速和相應葉尖速比所對應的值進行統(tǒng)計，采樣統(tǒng)計達到預計的規(guī)模后進行平均計算；第一次統(tǒng)計完成后對進行擾動，重復統(tǒng)計過程并計算后與前面的統(tǒng)計值進行比較，選取更優(yōu)的值。統(tǒng)計出最優(yōu)運行一段時間后重新進行該統(tǒng)計校驗過程，重新獲取最優(yōu)值。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明解決的問題有：1、如何得到精確的風速來調節(jié)風機，使風機運行在最佳葉尖速比狀態(tài)下；2、如何增加風機運行在最佳葉尖速比狀態(tài)下的風速范圍；3、在最佳葉尖速比值不確定或者隨著葉片長時間運行變形后如何確定風機0°角對應的最佳葉尖速比值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中功率因素和葉尖速比關系隨槳距角變化的曲線簇的圖。

圖2是本發(fā)明中風機理想狀態(tài)運行曲線圖。

圖3是本發(fā)明最佳葉尖速比追蹤控制策略流程圖。

圖4是本發(fā)明中最小角度下最佳葉尖速比統(tǒng)計平均爬山法校正流程圖。

具體實施方式