一种用于风力发电机控制系统的风速估算方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于风力发电机控制系统的风速估算方法，主要包括理论功率计算模块、反馈功率计算模块和PID控制器三个部分，包括以下步骤：使用测量桨叶角β、测量风轮转速ω、上一次迭代计算出的风速ν，输入至理论功率计算模块中，计算出当前迭代步骤下对应的理论功率PM；将测量风轮转速ω、测量发电机输出功率Pe输入至反馈功率计算模块中，计算出当前工况下对应的反馈功率PM*；使用计算的理论功率PM减去反馈功率PM*得到功率偏差ΔP，将ΔP输入PID控制器后，得到当前迭代计算步骤下的计算风速ν；如此反复迭代，直至计算收敛。本发明通过实时迭代计算出当前风速，可用于测风装置的准确性判断，以及直接最优叶尖速比控制。
【专利说明】
一种用于风力发电机控制系统的风速估算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于风力发电机控制系统的风速估算方法。
【背景技术】
[0002] 随着风电行业的快速发展，单位发电成本逐渐下降，目前很多整机厂商为了降低 制造成本，去掉了冗余测风装置，每台机组保留一个测风仪。随着时间的推移，测风仪往往 会因为异物进入、机械磨损或者电路干扰存在零飘，导致测量不准，而单个测风装置不能判 断出这种外界因素引起的测量不准，导致功率曲线等统计数据统计不准，引起不必要的商 业纠纷。另外，目前国内厂商主要使用查表法，进行最优转矩的控制，从而间接的实现最优 叶尖速比的控制。然而这种方法容易受到空气密度、传动链转换效率的影响，导致机组不能 保证时刻运行在最优叶尖速比上，目前国内外学术研究尝试直接进行最优叶尖速比控制， 但是由于叶尖速比需要风速数据，而测风装置在风轮后面，测量不准，易受尾流影响，很难 应用于实际工程控制。
【发明内容】
[0003] 为了解决单测风装置的故障判定问题以及最优叶尖速比的追踪问题，本发明提出 了一种用于风力发电机控制系统的风速估算方法，可以根据风机的电功率、动能、桨叶角和 转速信号实时迭代计算出当前风速，计算的风速可以用来进行风速仪故障判断以及最优叶 尖速比控制。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于风力发电机控制系统的风 速估算方法，主要包括理论功率计算模块、反馈功率计算模块和PID控制器三个部分，包括 如下步骤： 步骤Sl :将计算风速初始化为50 ; 步骤S2 :使用测量装置测量出当前风轮转速ω、桨叶角β、发电机输出功率匕； 步骤S3 :将计算风速V、测量桨叶角β、测量风轮转速ω，输入至理论功率计算模块 中，计算出当前迭代步骤下对应的理论功率ΡΜ; 步骤S4 :将测量风轮转速ω、测量发电机输出功率匕输入至反馈功率计算模块中，计 算出当前工况下对应的反馈功率P/; 步骤S5:使用计算的理论功率Pm减去反馈功率P/可得到功率偏差ΔΡ，将ΔΡ输入 PID控制器后，即可得到当前迭代计算步骤下的计算风速V ; 步骤S6 :将步骤S5中计算的风速V代入步骤S3中，重复步骤S2、S3、S4、S5 ; 步骤S7 :重复步骤S6,直至迭代计算收敛。
[0005] 上述的一种用于风力发电机控制系统的风速估算方法，其中，步骤S3所述的理论 功率P m的计算包括如下步骤； 步骤S31 :使用测量风轮转速ω，计算风速V，风轮半径R:计算出当前 风轮叶尖速比λ ;
步骤S32 :使用测量桨叶角β、步骤S31中计算出的叶尖速比λ，以及机组&(&蔡)表， 使用线性插值法计算出当前叶尖速比、桨叶角下对应的风能利用系数Cp; 步骤S33 :使用步骤S32计算出的风能利用系数Cp，当前计算风速V，风轮半径R，机组 运行当地空气密度P，
[0006] 上述的一种用于风力发电机控制系统的风速估算方法，其中，步骤S4所述的反馈 功率P/的计算包括如下步骤： 步骤S41 :使用机组转动惯量J，测量风轮转速ω I计算出机组当前 动能
步骤S42 :使用步骤S41中计算的动能漏，利用微分环节，计算出当前动能对应的功率
步骤S43 :将步骤S42中计算的功率_加上测量装置测量的发电机输出功率戀，得到反 馈功率P/。
[0007] 本发明的有益效果是，提出了一种基于能量守恒的风速估算方法，可以根据机组 测量的电功率以及叶轮动能，实时迭代计算出当前风速，可用于测风装置的准确性判断，以 及直接最优叶尖速比控制。
【附图说明】
[0008] 附图为本发明的风速估算原理框图。
[0009] 图中：1、理论功率计算模块；1-1、叶尖速比计算模块；1-2、Cp计算模块；1-3、功率 计算模块；2、反馈功率计算模块；2-1、动能计算模块；2-2、微分环节；3、PID控制器。
【具体实施方式】
[0010] 下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0011] 本发明提供一种用于风力发电机控制系统的风速估算方法，主要包括理论功率计 算模块1、反馈功率计算模块2和PID控制器3三个部分，使用实时测量的风轮转速ω，以 及迭代计算过程中上一时刻计算出的风速V，利用叶尖速比计算模块1-1，计算出当前状 态下的叶尖速比λ ;使用λ和实时测量的桨叶角β，利用Cp计算模块1-2计算出当前风 能利用系数Cp;将计算的风能利用系数C ρ以及上一时刻迭代计算出的风速输入至功率计算 模块1-3中，得到当前的理论功率ΡΜ。与此同时，使用实时测量的风轮转速ω，通过动能计 算模块2-1实时计算出风轮动能E k，将动能Ek经过微分环节2-2后，可得到动能对应的功率 Ρκ，将计算出的功率Pk与实时测量的发电机输出功率Pj目加，可计算得到反馈功率P /。将 计算的理论功率Pm与反馈功率Pμ相减，可得到功率差A Ρ，将功率差输入至PID控制器3计 算后，可得当前迭代时刻下的风速计算结果。将当前时刻下的风速迭代结果反馈至叶尖速 比计算模块1-1以及功率计算模块1-3中，重复上述过程，可计算出下一时刻的迭代风速， 如此反复，直至迭代结果收敛，即可得到当前工况下对应的计算风速。
[0012] 虽然经过对本发明结合具体实施例进行描述，对于在本技术领域熟练的人士，根 据上文的叙述做出的替代、修改与变化将是显而易见的。因此，在这样的替代，修改和变化 落入本发明的权利要求的精神和范围内时，应该被包括在本发明中。
【主权项】
1. 一种用于风力发电机控制系统的风速估算方法，用于风速仪故障判断W及最优叶尖 速比控制，其特征在于：主要包括理论功率计算模块、反馈功率计算模块和PID控制器=个 部分，包括如下步骤： 步骤Sl :将计算风速V初始化为50 ; 步骤S2 :使用测量装置测量出当前风轮转速CO、奖叶角0、发电机输出功率P。； 步骤S3 :将计算风速V、测量奖叶角0、测量风轮转速O，输入至理论功率计算模块 中，计算出当前迭代步骤下对应的理论功率Pm; 步骤S4 :将测量风轮转速CO、测量发电机输出功率P。输入至反馈功率计算模块中，计 算出当前工况下对应的反馈功率PM^^ 步骤S5:使用计算的理论功率Pm减去反馈功率得到功率偏差AP，将AP输入 PID控制器后，即可得到当前迭代计算步骤下的计算风速V ; 步骤S6 :将步骤S5中计算的风速V代入步骤S3中，重复步骤S2、S3、S4、S5 ; 步骤S7 :重复步骤S6,直至迭代计算收敛。2. 根据权利要求1所述的一种用于风力发电机控制系统的风速估算方法，其特征在 于：所述的步骤S3中的理论功率Pm的计算包括如下步骤： 步骤S31 :使用测量风轮转速CO，计算风速V，风轮半径R，利用公;Ei十算出当前 风轮叶尖速比入； 步骤S32 :使用测量奖叶角0、步骤S31中计算出的叶尖速比A，W及机组巧表， 使用线性插值法计算出当前叶尖速比、奖叶角下对应的风能利用系数Cp; 步骤S33 :使用步骤S32计算出的风能利用系数Cp,当前计算风速V，风轮半径R，机组 运行当地空气密度P，利用公式十算出理论功率Pm。3. 根据权利要求1所述的一种用于风力发电机控制系统的风速估算方法，其特征在 于：所述的步骤S4中的反馈功率PM^^的计算包括如下步骤： 步骤S41 :使用机组转惯量J，测量风轮转速CO，利用公式十算出机组当前动 能Ek; 步骤S42 :使用步骤S41中计算的动能Ek,利用微分环节，计算出当前动能对应的功率步骤S43 :将步骤S42中计算的功率Pk加上测量装置测量的发电机输出功率P。，得到反
【文档编号】F03D7/00GK105986960SQ201510081426
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月15日
【发明人】蒋勇, 赵大文, 王海刚, 楚峥, 张天明, 邵时雨, 许王建
【申请人】上海电气风电设备有限公司