[发明专利]一种变速恒频风力发电的最大风能跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变速恒频风力发电的最大风能跟踪控制方法，属于风力发电机组控制领域。

背景技术

风能是一种清洁的可再生能源，随着全球温室效应的加剧、化石能源的日益枯竭及风力发电技术的日益成熟，全球各国都加快了开发利用风能的步伐。风力发电技术已经从恒速恒频发展到变速恒频，后者相对于前者的优点之一是通过对风电机组的转速控制，可以实现风力发电系统的最大风能跟踪，提高风能利用率。

Kazmi Syed Muhammad Raza等在《Proceeding of the 2008International Conference Electrical Machines》(第18届国际电机会议论文集)(2008年，第1-6页)上发表的“A Novel Algorithm forFast and Efficient Maximum Power Point Tracking of Wind EnergyConversion Systems”(一种新型快速有效的风力发电系统最大功率跟踪方法)研究了一种改进型的爬山法方法，其运用爬山法实现最大风能跟踪并记录一个功率-转速立方比，该功率-转速立方比是决定爬山法步长的大小和方向的一个变量，并未记录多个功率-转速立方比或对其进行修正，并未把其运用于功率信号反馈控制，未利用功率信号反馈法的优点。CH.Patsios等在《39th IEEE annual powerelectronics specialists conference》(第39届国际电力电子技术专家会议)(2008年，第1749-1754页)发表的“A Hybrid Maximum PowerPoint Tracking System for Grid-Connected Variable SpeedWind-Generators”(一种混合的并网型变速风力发电机的最大功率跟踪系统)文中研究了一种将转矩信号反馈法与扰动观察法相结合的最大风能跟踪控制方法，其先按原始最佳转矩-转速曲线控制风电机组，当给定转矩与风电机组实际转矩差在一定范围后再用扰动观察法寻找基于实际运行环境的最大功率点，该方法虽然能够实现基于实际运行环境的最大风能跟踪，但该方法需已知最佳转矩-转速曲线，未对搜索到的最大功率点进行在线记录及对原有特性曲线进行修正。

张兴等公开的“风力发电最大功率点跟踪控制方法”(中国，公开日：2007年5月9日，公开号：CN1960159A)专利中研究了一种设置互为独立的转速和功率双闭环控制方法，该方法首先根据风轮机的原始最大功率曲线对风机进行功率信号反馈控制；风速变化较小时采用爬山法功率寻优控制，获得最大功率和对应的发电机转速，在原始最大功率曲线基础上加入新的数据点获得修正后的最大功率曲线；风速变化较大时根据修正后的最新功率曲线实施功率信号反馈控制。但该方法依然需要风轮机的原始最佳功率-转速曲线，并未完全利用爬山法无需知道风轮机功率特性参数和风速参数等优点。

发明内容

本发明提供一种无需预先知道风电机组的最佳功率-转速曲线，在风电机组的实际运行过程中通过运用扰动观察法与功率信号反馈法在线得到基于实际运行环境的最佳功率-转速曲线的变速恒频风力发电的最大风能跟踪控制方法。

本发明为解决其技术问题所采用如下技术方案：

一种变速恒频风力发电的最大风能跟踪控制方法，该方法的具体步骤如下：

a)从开始实施最大风能跟踪控制到搜索到首个最大功率点的过程中记录风电机组输出功率P与转速ω立方比为k，扰动使得风电机组输出功率增加且k值增大时，更新k值；

b)当风速发生变化时，从扰动观察法，即Perturb&Observe--P&O切换为功率信号反馈法，即Power Signal Feedback——PSF，PSF控制风电机组稳定运行后，如果功率-转速立方比记录表为空或未记录完成，则切换为P&O搜索最大功率点；如果记录完成，则认为已经在线获得最佳功率-转速曲线，不再切换为P&O；

c)切换为PSF时，在功率-转速立方比记录表开始记录前，运用a)步骤中记录的系数k，按照P＝k*ω³实施PSF；在功率-转速立方比记录表开始记录后，按照P＝k_e*ω³实施PSF，k_e为功率-转速立方比记录表中k_opt1、k_opt2、k_opt3…k_optn的中位值平均滤波值。