[发明专利]基于风轮动能平滑功率控制的风机变桨优化方法

权利要求书

1.一种基于风轮动能平滑功率控制的风机变桨优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、获取风机的结构参数、气动参数，结构参数包括风机的叶片半径R、额定转速ω_rate，气动参数包括空气密度ρ、最优叶尖速比λ_opt以及最大风能利用系数C_pmax；

步骤2、基于风轮动能的平滑功率控制方法，确定不变桨的转速区间[ω_lim.l,ω_lim.u]；具体过程为：

对风轮转速ω_r进行平滑，平滑后的参考转速ω_ref具体计算如下：

风机运行在最大功率点跟踪控制方式下，其最大输出功率P_max为

P_max＝T_eω_opt

其中，T_e是电磁转矩，ω_opt是最优转速；

风机最大输出功率在周期T的平均值为

其中，t表示当前时间，T表示周期；

风轮的动能E定义为

其中，J_g表示发电机的转动惯量，J_ω表示风轮的转动惯量，J_g+J_ω表示风机等效转动惯量；

平滑后的风轮参考转速ω_ref计算为

其中，ΔP表示最大输出功率P_max与最大输出功率周期T内平均值的差值，E表示风轮动能；

设置风机稳定运行的转速区间下限值ω_lim.l＝0.7ω_rate，转速区间的上限值ω_lim.u＝ω_rate；

步骤3、根据转速信号ω_r选择桨距角控制模式，当ω_lim.l≤ω_r≤ω_lim.u时，选择模式1：恒定桨距角模式，进入步骤6，否则，进入步骤4；恒定桨距角模式的具体形式：风机桨距角维持不变；

步骤4、根据转速信号ω_r选择桨距角控制模式，当ω_r＞ω_lim.u时，选择模式2：上调桨距角模式，进入步骤6，否则，进入步骤5；上调桨距角模式的具体形式：

通过上调桨距角来降低风能捕获系数，从而降低风轮转速，桨距角的给定形式为：

β_ref＝K_uP(ω_r-ω_lim.u)+K_uI∫(ω_r-ω_lim.u)dt

其中，K_uP、K_uI分别为上调桨距角过程中的比例系数和积分系数；

步骤5、根据转速信号ω_r选择桨距角控制模式，当ω_r＜ω_lim.l时，选择模式3：下调桨距角模式，进入步骤6；下调桨距角模式的具体形式：

通过下调桨距角来增大风能捕获系数，从而提升风轮转速，桨距角的给定形式为：

β_ref＝K_lP(ω_r-ω_lim.l)+K_lI∫(ω_r-ω_lim.l)dt

其中，K_lP、K_lI分别为下调桨距角过程中的比例系数和积分系数；

步骤6、获得参考桨距角指令β_ref。