一种风力发电系统追踪最大输出功率控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种风力发电系统追踪最大输出功率控制方法，风速传感器将所测环境风速信号送至控制器，控制器依据所检测的风速信号，根据系统所存储的风速-最大功率特性曲线确定当前风速情况下风力机运行转速给定信号，该转速给定信号与发电机实际转速信号比较并经过调节器调节，输出一控制信号；该控制信号结合电机当前的电压、电流、磁极位置角状况调整该发电机的电磁力矩大小，从而使该交流发电机转速向期望的转速接近，达到所指定的指令转速。本发明采用风速传感器检测环境风速，使风力发电系统的风力机转速尽快接近当前风速情况下的最大功率点附近，并最终到达最大功率运行点，实现风力发电系统追踪最大风能。
【专利说明】-种风力发电系统追踪最大输出功率控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于风力发电【技术领域】，具体设及一种风力发电系统追踪最大输出功率控 制方法。
【背景技术】
[0002] 目前，在风力发电系统中，风力机所获得的风能与风轮的叶尖速和风速的比值 (简称叶尖速比）有关，如果浆距角不变，风力机所获得的风能与风速之间存在关系如图1 所示。也就是说，对应于每一个风速，风力机只在一个运行转速下可W获得最大风能，因此， 为了让风力发电系统获得更多的风能，必须对风力机的运行转速实施控制。如果浆距角发 生变化，风力机所获得的风能与风速之间的关系将发生偏移，但其总体形状与图1相同。从 图1可W看出，为了实施风力机追踪最大风能的控制，控制系统需要获得当前环境的风速 情况，然后，根据风速与风力机输出功率之间的关系，合适控制风力机的运行转速，使风力 机追踪最大风能，风力机带动发电机便可W输出最大功率。
[0003] 现有的风力发电系统最大输出功率跟踪控制方法有W下S种：
[0004] 第一种方法，直接转速控制法；直接转速控制法是使风力发电系统在环境风速变 化的情况下保持最优的叶尖速比，风力发电系统获得最大功率系数，从而实现最大风能的 追踪控制。该方法实施的理论基础是该风力发电系统的最佳叶尖速比曲线已经获得，并且 在风力机整个的受风面上风速均匀一致，风力机随着运行时间的推移其各项参数不会发生 变化。显然，该些要求对于一个在自然环境下实际运行的系统而言是很难满足要求的，因 此，该方法已经基本不被采纳，没有得到推广应用。
[0005] 第二种方法，最佳功率-转速曲线跟踪控制法：该方法基于风力发电机可W进行 有功、无功解禪控制，通过发电机输出的有功功率来控制发电机电磁阻力矩大小，从而间接 控制风力机的转速，实现最大风能追踪控制。该方法的理论基础是要求获得风力发电机输 出电功率的准确计算。实际上，由于发电机运行过程中诸多损耗无法准确计算，并且该些损 耗在电机运行过程中是变化的，致使该方法不能获得风力机输出最大功率的准确控制，也 只是处在接近最大功率输出的次优状态，基本可W获得最大风能追踪控制的结果，具有实 用价值，并已经获得应用。
[0006] 第=种方法，爬山捜索控制法；该方法不考虑环境风速与风力机输出功率之间的 函数关系，风力发电机控制系统总是控制发电机的转速，使其向输出电功率增大的方向变 化，由此实施追踪最大风能的控制。该方法基于的思想是认为风力机的转速变化量与发电 机有功功率之间线性相关，但实际上两者之间是非线性关系，并且控制系统的控制参数及 系统的采样控制周期均会影响控制系统的收敛性，甚至影响到控制系统响应的速度，因此， 该控制方法会影响系统最大风能追踪控制的效果。
【发明内容】
[0007] 发明目的；针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种风力发电系统 追踪最大输出功率控制方法，实现风力发电系统追踪最大风能。
[000引技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0009] 一种风力发电系统追踪最大输出功率控制方法；风速传感器将所测环境风速信号 V送至控制器，控制器依据所检测的风速信号V，根据系统所存储的风速-最大功率特性曲 线确定当前风速情况下风力机运行转速给定信号，该转速给定信号与发电机实际转速信号 比较并经过调节器调节，输出一控制信号；该控制信号结合电机当前的电压、电流、磁极位 置角状况调整该发电机的电磁力矩大小，从而使该交流发电机转速向期望的转速接近；经 过一段时间的调整，发电机运行转速达到所指定的指令转速。
[0010] 在所述的转速给定信号与发电机实际转速信号比较并经过调节器调节，输出一控 制信号时，当发电机的实际运行转速与指令数值之间的差值超过控制系统所设置的误差范 围，控制系统将屏蔽因为前后两个采样点功率变化所需要的对发电机转速调节的指令要 求，转速给定值不变。
[0011] 在所述的转速给定信号与发电机实际转速信号比较并经过调节器调节，输出一控 制信号时，当发电机转速与指令速度之间的偏差值小于所设置的误差范围，控制系统将开 始实施最大功率点的追踪控制；追踪最大功率点控制开始后，采样电路采集变换器输出电 压、电流信号，计算变换器输出功率大小，并将其与前一个采样时刻的功率数值进行比较， 按照（2)式决定风力发电机运行转速的变化（增加或者减小）方向及步距，最终达到当前 风速情况下的最大输出功率；所述的（2)式具体为：
[0012]
【权利要求】
1. 一种风力发电系统追踪最大输出功率控制方法，其特征在于：风速传感器将所测环 境风速信号V送至控制器，控制器依据该风速信号V，根据系统所存储的风速-最大功率特 性曲线确定当前风速情况下风力机运行转速给定信号，该转速给定信号与发电机实际转速 信号比较并经过调节器调节，输出一控制信号；该控制信号结合电机当前的电压、电流、磁 极位置角状况调整风力发电机的电磁力矩大小，从而使该交流发电机转速向期望的转速接 近；经过一段时间的调整，发电机运行转速达到所指定的指令转速。
2. 根据权利要求1所述的风力发电系统追踪最大输出功率控制方法，其特征在于：在 所述的转速给定信号与发电机实际转速信号比较并经过调节器调节，输出一控制信号时， 当发电机的实际运行转速与指令数值之间的差值超过控制系统所设置的误差范围，控制系 统将屏蔽因为前后两个采样点功率变化所需要的对发电机转速调节的要求，转速给定值不 变。
3. 根据权利要求1所述的风力发电系统追踪最大输出功率控制方法，其特征在于：在 所述的转速给定信号与发电机实际转速信号比较并经过调节器调节，输出一控制信号时， 当发电机转速与指令速度之间的偏差值小于所设置的误差范围，控制系统将开始实施最大 功率点的追踪控制；追踪最大功率点控制开始后，采样电路采集变换器输出电压、电流信 号，计算变换器输出功率大小，并将其与前一个采样时刻的功率数值进行比较，按照（2)式 决定风力发电机运行转速的变化（增加或者减小）方向及步距，最终达到当前风速情况下 的最大输出功率；所述的（2)式具体为：
公式（2)中，K为控制系统初定转速调整系数，AP为前后两个控制时刻之间的功率变 化量，APb为功率变化基准，A? ,为前一时刻电机转速变化量实际值，A? i+1为下一时刻 的电机转速变化量给定值，为转速变化量；
调整系数为〇,转速给定值不变。
4. 根据权利要求1或3所述的风力发电系统追踪最大输出功率控制方法，其特征在于： 所述的系统在追踪最大功率点的过程中，环境风速发生突变，使得控制器根据风速-最大 功率特性曲线所确定的风力机转速给定信号与发电机实际运行转速差值超过设定的误差 范围，控制系统将重新回归到发电机转速快速跟踪阶段。
5. 根据权利要求1所述的风力发电系统追踪最大输出功率控制方法，其特征在于：所 述风速-最大功率特性运行点特性曲线，其特性函数表示为：P=f〇)。
【文档编号】F03D7/00GK104481803SQ201410642712
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】陈荣, 陈益飞, 王如刚, 卞金洪, 阚加荣, 姚志垒 申请人:盐城工学院