[發明專利]一種風力發電機最大功率跟蹤控制方法

在審

• 申請號: 202210177796.2
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114607559A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 朱瑛;郭旭濱;滕德紅;黃蔓云;周亦洲;陳勝;韓海騰
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運紅

本發明公開了一種風力發電機最大功率跟蹤控制方法，該方法包括以下步驟：S1：使用電流給定最大功率跟蹤測試獲得發電機的效率與轉速的關系；S2：設置判斷發電機是否運行在最大功率點的判斷條件；S3：使用變步長爬山搜索法控制發電機組運行的功率與最大功率的差值在預設范圍內，并時刻檢測發電機運行點是否滿足最大功率點判斷條件；S4：當運行點滿足最大功率點判斷條件時，計算此時包含發電機效率的風速與風力機轉速的最佳功率比例系數，將發電機控制模式由爬山搜索法切換至功率反饋法，并持續使用功率反饋法進行最大功率點跟蹤。

技術領域

本發明屬于風電控制領域，尤其提出一種風力發電機最大功率跟蹤控制方法。

背景技術

由于傳統化石燃料價格飆升、儲備能力有限以及環境問題，可再生能源作為替代傳統能源的新選擇正在增加其自身在能源系統中的占比。在全球范圍內，研究界正在探索從可自由獲得的豐富可再生能源進行高效能源轉換的所有可能性。在流行的可再生能源中，風能因其占用空間小和運行過程中的零碳排放而獲得了更多的支持。變速風能轉換系統因能隨跟隨風速的變化而改變其轉速，能比固定速度的風能轉換系統更多的電能且能改善電能質量、提高動力效率而正逐漸成為主導機型。變速風能轉換系統中常用兩種主要的發電形式，分別是雙饋風力發電系統和直驅式永磁發電系統。其中，直驅式永磁同步發電機因其高功率密度、可靠性高、效率高、無齒輪結構等的特殊優點正在廣泛應用于變速風能轉換系統的各種場合。

目前研究人員為實現從風機獲取最大功率傳輸到風能系統，對最大功率點跟蹤技術做了較多的研究，其主要分為三類：最佳葉尖速比法，功率反饋法和爬山搜索法。最佳葉尖速比法具有快速、簡單、準確等的優點，然而其需要實時測量風速獲取當前風速下的最佳轉速。功率反饋法基于其快速跟蹤能力和低功率紋波，同時不需要風速傳感器，然而其需要知道風力機的空氣動力特性，否則將進行跟蹤。爬山搜索法無需要對風力機特性有任何的了解，成本較低且容易實施，然而該方法的跟蹤響應速度較慢，尤其是對大型風電機組，較高的慣性令其跟蹤會有明顯的滯后性。這幾種方法各有優缺點，如果進行相互配合能有效的解決相互的缺點。如果能夠準確判斷不同方法的切換點能大幅度提高機組的跟蹤效果，且能維持較高的風能轉換率。同時，經研究發現，發電機損耗并非定值，其會隨著轉速變化而變化，若直接在最大功率跟蹤的計算過程中默認其為常數，便可能造成計算誤差，并可能降低風電機組的風能利用率。

因此，本發明結合了傳統的最大功率點判斷方法的優點，并結合發電機損耗模型獲得發電機效率與轉速的關系，以及結合了傳統變步長爬山法的優點，解決了MPP點判斷不夠準確和爬山搜索法切換至功率反饋法后由于風速與風力機轉速的最佳功率比例系數k_opt不夠精準帶來的整體風能轉換率不高的問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種風力發電機最大功率跟蹤控制方法。

技術方案：本發明提出一種風力發電機最大功率跟蹤控制方法，該方法包括以下步驟：

S1：使用電流給定最大功率跟蹤測試獲得發電機的效率與轉速的關系；

S2：設置判斷發電機是否運行在最大功率點的判斷條件；

S3：使用變步長爬山搜索法控制發電機組運行的功率與最大功率的差值在預設范圍內，并時刻檢測發電機運行點是否滿足最大功率點判斷條件；

S4：當運行點滿足最大功率點判斷條件時，計算此時包含發電機效率的風速與風力機轉速的最佳功率比例系數，將發電機控制模式由爬山搜索法切換至功率反饋法，并持續使用功率反饋法進行最大功率點跟蹤。

進一步的，所述步驟S1中，發電機總損耗功率P_loss和損耗轉矩T_loss用公式(1)表示：