[發(fā)明專利]一種離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電最大風(fēng)能捕獲控制方法和裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310325305.5
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN104343627A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 齊保良;文鵬;高鶴;李成棟;鄭學(xué)漢
• 申請（專利權(quán)）人: 山東建筑大學(xué)
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電最大風(fēng)能捕獲方法，尤其是涉及一種離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電最大風(fēng)能捕獲控制方法和裝置。

背景技術(shù)

現(xiàn)階段，風(fēng)力發(fā)電最大風(fēng)能捕獲控制策略主要有最優(yōu)葉尖速比法、功率信號反饋法以及爬山搜索算法。最優(yōu)葉尖速比法實時檢測風(fēng)速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速，依據(jù)已知的最優(yōu)葉尖速比值調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機捕獲最大風(fēng)能。功率信號反饋法根檢測當(dāng)前轉(zhuǎn)速，據(jù)已知的最優(yōu)功率轉(zhuǎn)速曲線，調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機使之運行在最優(yōu)狀態(tài)。爬山搜素算法不檢測風(fēng)速、轉(zhuǎn)速，不需要知道最優(yōu)葉尖速比值、最優(yōu)功率轉(zhuǎn)速曲線，通過比較前后兩次捕獲功率，調(diào)節(jié)下一時刻轉(zhuǎn)速變化方向，使系統(tǒng)捕獲更多功率。

由上述分析可知，最優(yōu)葉尖速比法與功率信號反饋法控制最為直接，動態(tài)響應(yīng)速度快，但風(fēng)速計不僅價格昂貴，而且較難全面反映風(fēng)輪附近的風(fēng)速信息。此外，隨著機組使用壽命增加，相關(guān)參數(shù)發(fā)生變化，最優(yōu)葉尖速比值、最優(yōu)功率轉(zhuǎn)速曲線會發(fā)生偏移，影響搜索效果。爬山算法成本低，不需要預(yù)先獲取系統(tǒng)參數(shù)，適合在小型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用。但爬山算法在風(fēng)速平穩(wěn)時效果較好，在風(fēng)速波動下，仍存在搜索速度與搜索精度相矛盾的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決爬山算法響應(yīng)速度與穩(wěn)態(tài)精度相矛盾的問題，本發(fā)明提出一種基于智能控制的最大風(fēng)能捕獲控制方法。該方法融合了爬山算法與最優(yōu)功率轉(zhuǎn)速法的優(yōu)點，不測風(fēng)速轉(zhuǎn)速，不需要知道系統(tǒng)參數(shù)，在風(fēng)速波動下可以較快捕獲最大風(fēng)能，兼顧了較快的動態(tài)響應(yīng)速度與穩(wěn)態(tài)搜索精度。此外，從機組安全角度以及提高風(fēng)能利用角度出發(fā)，本發(fā)明優(yōu)化了系統(tǒng)輸出功率，確保機組安全運行。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電最大風(fēng)能捕獲控制方法和裝置，其特征在于：它包括不測轉(zhuǎn)速控制模式、復(fù)合濾波器、基于自調(diào)整函數(shù)的智能控制以及輸出功率優(yōu)化算法。

所述的不測轉(zhuǎn)速控制模式是通過測量整流橋直流側(cè)電壓來間接反映永磁直驅(qū)發(fā)電機轉(zhuǎn)速。

所述的復(fù)合濾波器包括限幅消抖過程和加權(quán)滑動平均過程。

所述的基于自調(diào)整函數(shù)的智能控制包括兩個階段：在線學(xué)習(xí)階段和離線運行階段。在線學(xué)習(xí)階段是利用爬山算法獲取機組最優(yōu)功率一電壓曲線。離線運行階段是利用已獲取的最優(yōu)曲線，基于智能控制，使機組優(yōu)化運行。

所述的自調(diào)整函數(shù)，其特征在于：在偏差較大時，對誤差給予較大權(quán)重，盡快消除誤差；在偏差較小時，對誤差變化予以較大權(quán)重，以盡快達到穩(wěn)定狀態(tài)。

所述的輸出功率優(yōu)化算法，其特征在于：可根據(jù)負(fù)載需求以及機組自身安全，自動在最大功率追蹤區(qū)、恒定功率區(qū)、切除區(qū)切換。

本發(fā)明的有益效果

本發(fā)明融合了爬山算法與最優(yōu)功率轉(zhuǎn)速法的優(yōu)點，不測風(fēng)速轉(zhuǎn)速，不需要知道系統(tǒng)參數(shù)，在風(fēng)速波動下可以較快捕獲最大風(fēng)能，兼顧了較快的動態(tài)響應(yīng)速度與穩(wěn)態(tài)搜索精度。此外，本發(fā)明優(yōu)化了系統(tǒng)輸出功率，在滿足負(fù)載需求前提下，確保機組安全運行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的最大風(fēng)能捕獲控制示意圖

圖2為本發(fā)明實施例的在線學(xué)習(xí)階段流程圖

圖3為本發(fā)明實施例的調(diào)整函數(shù)示意圖

圖4為本發(fā)明實施例的復(fù)合濾波器限幅消抖流程圖

圖5為本發(fā)明實施例的復(fù)合濾波器加權(quán)滑動平均過程示意圖

圖6為本發(fā)明實施例的輸出功率優(yōu)化示意圖

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。

本發(fā)明在分析離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，建立了一種不測轉(zhuǎn)速的控制結(jié)構(gòu)。

己知永磁直驅(qū)發(fā)電機感應(yīng)電動勢E與轉(zhuǎn)速ω的關(guān)系為：

E＝K_eΦω

永磁直驅(qū)發(fā)電機等效模型為：

E＝V_g+I_g(R_s+jω_eL_s)

進一步的，永磁直驅(qū)發(fā)電機三相交流電經(jīng)二極管整流橋后，整流橋直流側(cè)電壓V_dc與發(fā)電機相電壓V_g有以下關(guān)系：