一种变速风力发电机组的最大风能捕获方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电机组控制技术领域，特别涉及风力发电机低风速段的最大风 能捕获控制。
【背景技术】
[0002] 风能是一种绿色无污染、可再生的新能源，因此，风能的捕获对于解决环境污染和 能源危机具有重要的意义。近些年来，风电转换技术在世界范围内获得了快速的发展。采用 变速恒频的电力电子技术，在原有定桨距定速风力发电机组的基础上逐步改进得到的变桨 距变速风力发电机，成为风电装机的主流类型。变桨距变速风力发电机组的运行发电状态 大致可以分为两个阶段，低风速段的最大风能捕获阶段和高风速段的恒功率运行阶段。但 是，由于风能发电的风力发电机组本身是非线性时变的大惯性系统，同时，带来强扰动的风 速，存在测量值不准确且不可用的工程现状，同时并网和室外运行带来的不确定因素又是 风力发电控制的另一难题。因此，高性能的控制技术是提高风力发电水平的关键技术，对于 提高风能捕获和并网发电可靠性具有决定性的作用。
[0003]风力发电机在低风速段运行时，以获得尽可能多的功率为控制目标。其中，风力 利用系数Cp很大程度上决定了风力机获得的风能，在0 -定时对于单台的风力发电机来 说，存在着一个对应着最佳功率系数(；_的最佳叶尖速比A _，此时风力发电机转换效率 最高，获得风能最大。也就意味着，对于某一特定的风速V，风力发电机只有运行在一个特定 的转速wMpt下才会有最商的风能转换效率。
[0004] 由于实际中测得的风速是单点风速，而公式中使用的是平均分布在风力发电机桨 叶上的风速的空间平均值，所以工业上设计低风速段控制算法时，一般不使用风速作为控 制器的输入，工业上一般使用的间接转速控制器设计如下：
[0005] 首先，对于风力发电机建模：
【主权项】
1. 一种变速风力发电机组的最大风能捕获方法，其特征在于，首先提供风力发电机发 电功率的模型，以风力发电机处于低风速段运行获得最大的发电功率为控制目标，在风速 未知的情况下，根据之前若干个周期风力发电机获取功率的情况，对风力发电机最优转速 进行估计并作为控制器的输入，所述控制器以间接转速控制器为基础，以比例控制器修正 当前转速与最优转速的偏差，从而实现风力发电机的叶轮转速对最优转速的跟踪，以实现 最大风能捕获。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，取2n个控制周期，在这2n个控制周期内 风力发电机的转矩Tg是保持不变的，然后比较2n个控制周期中前η个控制周期和后η个 控制周期的产生能量的总和，然后对最优转速进行估计。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用智能模糊算法根据产生能量的不同 获取对应的最优转速的改变量△ ω，步骤如下： (1) 确定输入、输出的量的模糊分布，对产生能量之差AW的模糊子集选取三角形隶属 函数： i. 选定7个模糊子集，分别是负大（NB)，负中（NM)，负小（NM)，零（ZO)，正小（PS)，正 中（PM)，正大（PB)用于涵盖输入量AW的论域[-6000,6000]; ii. 选定7个模糊子集，分别是负大（NB)，负中（NM)，负小（NM)，零（ZO)，正小（PS)，正 中（PM)，正大（PB)涵盖输出量 Λ ω 的论域{-〇· 06, -0· 05, -0· 04, -0· 03, -0· 02, -0· 01，0, 0 .01, 0. 02, 0. 03, 0. 04, 0. 05, 0. 06}； (2) 建立模糊规则 根据相关的经验，建立如下7条模糊规则，规则如下：
规则表如下：
(3) 进行近似推理 对于任意输入AW%采用并行法进行推理，即：
最终的输出为
(4)进行解模糊 最后将得到的△ ω?使用加权平均法解模糊，得到最终的△ ω和最优转速的估计值。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，以间接转速控制率α_ωπ2 项）为基础，加上以这项反映最优转速估计值变化的部分就构成了我们设计的 用于最大风能捕获方法，如下公式所示：
至此，由该公式得到的转矩Tg，就是该基于最优转速估计的变速风力发电机组的最大 风能捕获方法的输出。
【专利摘要】本发明涉及风力发电机低风速段的最大风能捕获，通过先前若干个控制周期内风力发电机捕获风能的情况，估计风力发电机当前的最优转速，作为控制器输入，进而以间接转速控制算法为基础，通过比例控制减小误差，从而实现跟踪风力发电机的最优转速，获得最大的输出功率。本发明无需对风力发电机进行精确建模，也不需要测量风速，具有结构简单，参数易于调整，产生能量较工业上常用的间接转速控制方法最大风能捕获方法高，可以削弱环境因素和风力发电机自身结构变化对于产生能量的影响，可以满足大多数风力发电机低于额定风速段的控制目标，具有较大的应用价值。
【IPC分类】F03D9-00, G06F17-50
【公开号】CN104675629
【申请号】CN201410728548
【发明人】杨秦敏, 韩超, 孟文超, 罗清顺, 范博, 陈积明, 卢建刚
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年12月3日