[发明专利]一种无风速传感器下的风力发电系统功率追踪方法

说明书

一种无风速传感器下的风力发电系统功率追踪方法，包括如下步骤：建立风力发电系统最大功率追踪控制的运动方程；采用变步长算法，对变风速下的输出功率和风轮转速进行迭代优化，进行最大功率点的跟踪，并计算得到最优叶尖速比；采用模糊控制器作为功率控制器，以叶尖速比的误差和误差变化率为输入，以定子侧调整电压的变化量作为输出，制定模糊规则，并将模糊控制器的输出进行解模糊运算，得到相应的准确变量；根据定子侧调整电压的变化量调整发电机转速，实现控制跟踪风力发电系统的风轮转速以及对风力发电系统的最大功率进行追踪；本发明避免了在风速测量不准确以及风速测量滞后的情况下对风电系统输出功率的不良影响。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种无风速传感器下的风力发电系统功率追踪方法。

背景技术

煤炭、石油、天然气等是应用最为广泛的能源，它们都是不可再生的化石资源，而风能是一种经济、环境友好型、且储量巨大的可再生资源，因此世界各国都在加紧对风能的开发和利用。风力发电是目前世界上利用风能的主要形式，由于风力发电具有良好的前景，开发利用风力资源对于缓解能源短缺、保护生态环境具有重要意义。

在风里发电系统中，风速、风向以及风的强度都具有高度的随机性、瞬变性，因此，为了保证风力发电系统的持续最大功率发电，发明一种能够自动调整风轮机转速进而捕获或追踪风力发电的最大功率点，对风力发电系统具有重大意义。

目前变速风电系统一般采用最大功率点追踪控制策略，且主要有以下几种追踪方法：最优叶尖速比法、功率信号反馈法、直线扰动法以及爬山搜索法等，其中最优叶尖速比法是目前主要流行的方法之一，该方法需要建立在风速测量的基础上，再根据最优叶尖速比得到对应的最优转速，通过控制器改变发电机转速实现最大风能追踪，然而，由于风速的测量在实际应用中存在较多的问题，例如，风速计的安装位置、塔架、湍流和温度等因素会对风速的测量结果产生影响，而且风速的测量本身具有一定的滞后性，这些客观存在的问题都将影响风力发电系统功率追踪控制的性能表现；至于另外的几种主流方法，都需要对风力发电系统进行有针对性的设置，增加了系统设计的复杂度，实现较为繁琐。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的风力发电系统在功率优化和控制过程中存有的技术问题，本发明经过理论研究与实验验证，提供一种无风速传感器下的风力发电系统功率追踪方法，应用在无风速传感器的风力发电系统中，在风力发电系统的功率特性未知的情况下，对风力发电系统进行最大功率点的追踪，不仅可以较为简易地得到实现和实际应用，具有较强的稳定性和鲁棒性，而且也节约了系统设计成本，尤其避免了现有的在风速测量不准确以及风速测量滞后的情况下对风电系统输出功率的不良影响。

基于上述目的，本发明提供一种无风速传感器下的风力发电系统功率追踪方法，在风力发电系统的功率特性未知的情况下，进行如下步骤追踪所述风力发电系统在变风速下的最大功率点：

步骤1：根据所述风力发电系统发电机的选型，建立风力发电系统最大功率追踪控制的运动方程；

步骤2：采用变步长算法，对变风速下的风力发电系统的输出功率P和风轮转速ω_r进行迭代优化，进行风力发电系统最大功率点的跟踪，并计算得到最优叶尖速比λ_opt，并将其作为叶尖速比的参考值带入模糊控制器中；

步骤3：采用模糊控制器作为风力发电系统的功率控制器，所述模糊控制器采用二维控制结构，以风力发电系统的叶尖速比的误差e和误差变化率ec为输入，以风力发电系统的定子侧调整电压u的变化量Δu作为输出，制定出相应的模糊规则，并将模糊控制器的输出进行解模糊运算，得到相应的准确变量；

步骤4：根据定子侧调整电压u的变化量Δu调整发电机转速，控制发电机转速向最大功率输出下的额定转速靠近，间接实现控制跟踪风力发电系统的风轮转速ω_r,opt以及对风力发电系统的最大功率进行追踪。

优选地，在所述步骤1中，首先建立电机电磁转矩表达式：