[发明专利]一种变速风力发电机组的最大风能捕获方法

说明书

技术领域

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

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。

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β一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C_pmax的最佳叶尖速比λ_opt，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ω_ropt下才会有最高的风能转换效率。

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：

首先，对于风力发电机建模：

Jrω·r=Ta-Krωr-Tls]]>

Jgω·g=Ths-Kgωg-Tgm]]>

模型中，叶轮转矩T_a(单位N·m)驱动，被低速转矩T_ls(单位N·m)减速。对于发电机来讲，它以ω_g(单位rad/s)的角速度转动，被高速转矩T_hs(单位N·m)驱动，被电磁转矩T_em(单位N·m)，J_r，J_g是叶轮和发电机的转动惯量，单位Kg·m²，K_r,K_g是叶轮和发电机的外部阻尼,单位N·m/(rad·s)。

综合以上的式子，可以得到下面的传动系统动态表达式：