[发明专利]一种基于小型风机的最大风能跟踪算法

说明书

技术领域

本发明涉及风机控制算法领域，特别是一种针对小型风机基于改进转矩扰动的最大风能追踪的控制算法。

背景技术

目前很多地方风能资源丰富，但是并不利于大型风电场的建设，在这种情况下，从安全、可行、美观的角度考虑对风能的充分利用，小型风机更具有适用性和科研价值。通常，这些地方的风能不太稳定，故在任意风速下保持小型风力机均具有良好的运行性能极具重要意义。风力发电大致分为三个阶段：

1)当风速小于切入风速或者大于切出风速时，风电机处于停机状态。

2)当风速大于额定风速时，需要通过变桨来控制输出功率维持在额定功率处运行。

3)当风速小于额定风速时，这个时候需要捕捉最大的风能，并把最大的风能转化为电能输送到电网中。

传统的最大风能追踪方法有最佳叶尖速比法，爬山法和功率反馈法。最佳叶尖速比法是通过测量风速和发电机的转速来计算最佳叶尖速比，进而维持风能利用系数最大，这种方法简单易实现，但是需要实时精确的测量风速，这在风场是很难实现的。爬山法是通过测量风机转速和输出功率，根据梯度的变化情况来判断转速的变化情况，但是梯度传感器会放大噪声且高频时不稳定。功率反馈法是通过控制风电机的输出功率来控制发电机的电磁转矩，此方法不需要风速的检测，但是需要通过仿真测量功率风速曲线，这无疑影响了算法的精度。

发明内容

本发明的发明目的是：针对上述技术问题，提供一种基于小型风机的最大风能跟踪算法。本发明采用改进的扰动观测法与粒子群算法来追踪不同风速下的最大风能，这种新型算法可有效、快速、精准地提高系统跟踪精度和输出效率。

本发明技术方案为：

本发明改进的扰动观测法基于以下，

风力机的输出功率为：

Pw=12ρCpAV3]]>公式一

式中，ρ为空气密度；C_p为风能利用系数；A为叶片有效面积；V为风速。

当桨距角保持在恒定状态时，叶尖速比λ可做如下定义：

λ=rωmV]]>公式二

式中，r为风轮半径，ω_m为发电机转速。

根据公式一、公式二，可推导出其输出功率最大值为：

Pwmax=Gωm3]]>公式三

风机转矩最大值为：

Twopt=Gωm2]]>公式四