[发明专利]一种风力发电机组的最大功率点跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机组的最大功率点跟踪方法。

背景技术

目前风电在电网中所占的比例越来越大。现有的风力发电机组大多都采用恒速运行方式，风力机的转速不能随风速的变化而变化，无法达到最优的风能利用效率。变速运行风力发电机组以其能最大限度的捕获风能的优点倍受国内外学者的青睐，文献1(D.S.Zinger，E.Muljadi.Annualized wind energy improvement using variable speeds[J]，IEEE Trans.on Ind.Appl，1997，33：1444-1447.)证明变速风力发电系统比恒速系统效率要高38％，装机容量与日俱增。从国外安装运行的变速风力发电机组的运行状况看，目前国外企业生产的变速风力发电机组已经初步具备了最大功率点跟踪功能。国内在这方面的研究虽起步较晚，但发展较快，已有越来越多的学者开始了这个领域的研究，并取得了一定的成果，只是大部分研究还都处于理论研究和仿真验证阶段。

变速风力发电系统首要解决的问题是最大功率点跟踪(MPPT)技术。在过去的几十年里，对最大功率点跟踪提出过很多种控制算法，如爬山法，最佳功率(转矩)-转速曲线跟踪法，模糊控制法，自适应控制法。爬山法首先根据风速计算输出功率，然后对风力机的转速指令值ω^*以一定的转速扰动值Δω进行扰动，并观测功率的变化，如果功率增加则转速扰动方向不变，否则转速反向。但是从理论上讲爬山法不可能追踪到真正的最大功率点，实际工作点将在最大功率点附近振荡，并且从现有文献上看，这种控制算法还没有经过大功率实验验证，也没有经过实际风力发电机组的现场验证。

最佳功率(转矩)一转速曲线跟踪法是根据风力机的空气动力学特性和风力发电机组机械与电气模型，可以推导出风力发电机组输出最佳电磁功率(最佳转矩)与风力机转速之间的关系，便可得到最佳功率(转矩)一转速曲线。控制风力发电机组按照这条曲线运行，实现最大风能捕获。但对风力机本身的参数有较强的依赖性，参数误差会引起较大的能量损失。对于大容量大转动惯量的风力机而言，这种控制方法的动态响应效果也不够好。模糊控制对模糊规则和隶属度函数的依赖性较强，而模糊规则和隶属度函数的选取至今还没有形成统一的科学方法。自适应控制具有不依赖系统参数和模型的优点，同时也具有良好的稳定性，只是模型较为复杂，实现难度较大。

发明内容

本发明克服了现有技术计算速度慢，对风力机本身参数依赖性强的缺点，提出一种新的最大功率点跟踪方法。本发明能够有效地跟踪最大功率点，并且实现简单。

风力机是把风能转化为机械能的一种能量转换装置，在转化过程中有一定的能量损失，存在一个能量转换系数C_p，Cp=PmPw]]>其中P_m为单位时间内叶轮吸收且转换的机械能，即风力机的机械输出功率，P_w为单位时间内通过叶轮扫掠面的风能，即风力机的输入功率。风能利用系数C_p与风速v，叶片转速n_w，叶片直径D和桨叶节距角β均有关系，是叶尖速比λ和桨叶节距角β的函数。叶尖速比λ是风轮叶尖速度与风速之比：

λ=Rwωwv=πRwnw30v]]>