[发明专利]永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法

权利要求书

1.一种永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：检测当前风速和永磁直驱风力发电机组的实时功率、转速、桨距角的值；

步骤2：通过所述当前风速、永磁直驱风力发电机组的实时功率、转速、桨距角的值，利用等效风速法计算得到轮毂中心正面接受的风速即等效平均风速；

步骤3：根据计算出的所述等效平均风速计算永磁直驱风力发电机组的最优转速n，并根据所述等效平均风速和永磁直驱风力发电机组额定风速的关系控制永磁直驱风力发电机组的功率输出，具体控制方法分为：

1)最大功率跟踪控制：如果当前风速低于永磁直驱风力发电机组额定风速，则桨距角一直维持在0°，永磁直驱风力发电机组实际从风中吸收的能量P公式为：

式中，P-能量，w；ρ-空气密度，kg/m³；R-风轮半径，m；C_P-风能利用系数；v-等效平均风速，m/s；

风能利用系数C_P仅为叶尖速比λ的函数，叶尖速比λ＝ωR/v，其中，ω-风轮角速度，rad/s，根据计算出的最优转速和测得的机组转速的差值来通过力矩调节永磁直驱风力发电机组的功率输出，实现最大功率跟踪；

2)恒转速控制：如果当前风速超过永磁直驱风力发电机组额定风速，且功率未达到永磁直驱风力发电机组额定功率，此时永磁直驱风力发电机组以额定转速恒转速运行，根据额定转速和实际转速差值来调节永磁直驱风力发电机组的功率输出，功率一直增加直到达到额定功率附近；

3)恒功率控制：如果当前风速超过永磁直驱风力发电机组额定风速，且功率达到永磁直驱风力发电机组额定功率，此时调节永磁直驱风力发电机组叶片使得桨距角向攻角增大的方向转过2-5°，进入失速状态，结合PID控制算法调节桨距角维持恒定功率输出。

2.根据权利要求1所述的永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法，其特征在于，所述结合PID控制算法调节桨距角维持恒定功率输出的过程为：

桨距角PID控制采用增量式PID方程：

其中，K_p，K_i，K_d是经验常数，-桨距角的输出信号增量；t-采样时间；e(t)-调节器的偏差信号；,-比例系数增量；-积分系数增量；-微分系数增量；

根据

e(t)＝AngleDemand(t)-CurrentAngle(t) (3)

式中，PitchAngle指最终的桨距角控制量；AngleDemand指永磁直驱风力发电机组当前风速下的桨距角需求；CurrentAngle指当前反馈桨距角；e(t)为反馈桨距角和输入桨距角需求之差值，仿真过程赋值给K_p，K_i，K_d对桨距角进行PID控制。

3.根据权利要求1所述的永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法，其特征在于，所述最优转速

式中，R-风轮半径，m；λ-叶尖速比，v-等效平均风速，m/s。