[发明专利]一种风力发电机组优化启动控制方法

说明书

本发明公开了一种风力发电机组优化启动控制方法，该方法利用时间序列分析法建立风速序列的AR(p)模型，利用卡尔曼滤波算法得到未来10min风速的预测值，再将前10min的平均风速与后10min预测风速相结合来作为执行风机启动动作的依据，充分保证了风机启动后的发电能力，减少了小风速季节风机的不合理启动，延长了设备寿命，提高了设备可用率，减少了自耗电，提高了发电量。

技术领域：

本发明属于电力系统风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机组优化启动控制方法。

背景技术：

随着我国风电技术的发展和对开发利用可再生能源的重视，风力发电近几年在我国得到了飞速发展，其中2012年全国累计安装风电机组53764台，装机容量75324.2MW，2013年全国累计装机容量91412.89MW，截止2014年12月，全国累计安装风电机组76241台，累计装机容量114609MW。

风电装机容量的增大势必对风电机组的利用效率和可靠性提出更高的要求。由于风速、风向总是频繁变化的且具有随机性，风电机组长期工作在交变载荷的作用下，工作环境恶劣，从而使机组在运行过程中故障率增高，性能下降，发电量减少。为提高机组发电量、降低故障率，各种有效地风电机组控制策略、算法被提出，但多集中于风力机控制、发电机控制、并网控制和偏航控制，风力发电机的启动控制却未能取得有效发展。

现行的风力发电机组启动并网的控制策略为：首先，风电机组在自检正常的情况下，叶轮处于自由运动状态，当连续10min风速在风力发电机组运行风速的范围内(3m/s<v<25m/s)且叶轮正对风向时，桨距角控制器调节叶片桨距角，使风力发电机组启动，发电机开始加速，当发电机空载转速保持在切入转速时，变流器对励磁电流幅值、相位和频率进行控制，使得发电机定子空载电压和电网电压同频率、同相位、同幅值，此时闭合并网接触器实现并网。

上述的控制机组启动的依据是前10min的平均风速，并未考虑未来的风速。在小风速季节，有可能前10min的平均风速已经达到切入风速，在机组启动后又降到切入风速以下，从而出现机组没有并网就停机，或频繁启停、频繁并网脱网的情况。这类启动没有带来多少发电量，反而增加了机组的自耗电和设备疲劳损耗，使故障率升高。因此需合理规划小风期风机启动的时机，减少不合理启动，取得在发电量、设备寿命和自耗电三者之间的平衡。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述风机启动控制策略在小风期的不足，提出了一种风力发电机组优化启动控制方法，该方法利用时间序列分析法建立风速序列的AR(p)模型，利用卡尔曼滤波算法得到未来10min风速的预测值，再将前10min的平均风速与后10min预测风速相结合来作为执行风机启动动作的依据，充分保证了风机启动后的发电能力，减少了小风速季节风机的不合理启动，延长了设备寿命，提高了设备可用率，减少了自耗电，提高了发电量。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种风力发电机组优化启动控制方法，用于小风速季节风电机组的优化启动控制，包括以下步骤：

1)采集风速历史数据库，每隔10min求一次风速平均值，将此平均值设为样本点，共取得N个样本点{x(k)}，k＝1,2,…,N.

2)基于时间序列分析法建立风速数据的AR(p)模型，AR(p)模型的表达式如下：

其中：

w(k)为零均值且方差为σ²的白噪声；为所建模型的待估系数；q^-1、q^-p分别为单位滞后算子和p阶滞后算子；利用AIC准则确定模型阶数p，利用矩估计法确定参数i＝1,2,3,…,p；

3)基于AR(p)模型，建立卡尔曼滤波算法的状态方程和测量方程，如下：