[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

说明书

本发明提供了一种永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法，属于发电机控制技术领域，包括：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；通过当前风速、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；根据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，具体控制方法分三种情况：1)当前风速低于额定风速，采用最大功率跟踪控制；2)当前风速超过额定风速，采用恒转速控制；3)当前风速超过额定风速，采用恒功率控制。该方法解决了永磁直驱风力发电机组变桨系统桨距角频繁动作导致的故障率高问题，功率输出更加稳定。

技术领域

本发明属于发电机控制技术领域，具体涉及一种永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法。

背景技术

变桨距控制是最常见的控制永磁直驱风力发电机组吸收风能的方法，通过调节桨距角实现额定风速以上的恒功率运行。但是，变桨调节使桨距角频繁动作导致风力发电机组故障率相对较高。定桨距失速调节主要依赖于叶片独特的翼型结构，由于失速是一个非常复杂的气动过程，对于不稳定的风况，很难精确计算出失速效果，所以很少用在MW级以上的大型风力发电机的控制上。

为了解决以上问题，针对永磁直驱风力发电机组提出了取失速和变桨混合控制方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法，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，具体控制方法分为以下三种情况：

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公式为：

式中，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。

优选地，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：