[发明专利]一种基于测量风速的风力发电机组最大风能捕获方法

说明书

本发明涉及一种基于测量风速的风力发电机组最大风能捕获方法，技术方案是，将测量风速引入转速控制过程结合测量风速的平均值快速定位至最优转速区间，通过转速主动控制使风机快速过渡到最大功率点附近，缩短了转速寻优迭代时长，同时控制器会将寻找到的最优运行点的记录下来作为下次转速判断的依据，进一步提高了实际最佳叶尖速比的精度；由于风机在运行过程中的最优转速受风速变化影响，但转速相对于风速变化具有明显的滞后性，因此，通过测量风速的低频风量，将风速的变化速率作为前馈补偿分量引入最优转速控制，能够做到超前控制，有效缩短风机对于风速变化的响应时长，提高最大风能捕获阶段的动态追踪能力。

技术领域

本发明涉及风力发电机组控制领域，特别是一种基于测量风速的风力发电机组最大风能捕获方法，用于实现风电机组低风速段的最大风能捕获。

背景技术

目前，主流的风力发电机为变速变桨型发电机组，其控制目标主要为低风速段最大风能捕获和高风速段恒功率运行。对于风电机组最大风能捕获控制，主要依靠使风力发电机运行在最佳叶尖速比状态，以获取最大风能利用率。也就是说，在任一风速下，仅存在一个最优转速值，使机组输出功率达到最大。

对于风电机组的转速控制，主要包括爬山法和功率反馈法。爬山法通过监测发电机的功率和转速，实时计算dP/dω，迭代获得功率峰值点，其优点在于控制过程不依赖机组及环境参数，但由于计算过程缓慢，在变风速环境下控制性能不佳。

功率反馈法是以风电机组的最佳功率曲线为参考，将实际功率与最优值比较，反馈调节风机转速来跟踪最大功率的方法。其缺点在于对于最优转速的跟踪性能较差，同时控制参数k_opt仅对特定机型和环境条件有效，适应性较差。因此，提出一种响应速度快、动态性能好的最大风能捕获方法十分有必要。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种基于测量风速的风力发电机组最大风能捕获方法，从而实现在风速波动情况下快速追踪的最大功率的控制目标。

本发明解决的技术方案是：

一种基于测量风速的风力发电机组最大风能捕获方法，该方法将测量风速引入转速控制过程结合测量风速的平均值快速定位至最优转速区间，通过转速主动控制使风机快速过渡到最大功率点附近，缩短了转速寻优迭代时长，同时控制器会将寻找到的最优运行点的记录下来作为下次转速判断的依据，进一步提高了实际最佳叶尖速比的精度；由于风机在运行过程中的最优转速受风速变化影响，但转速相对于风速变化具有明显的滞后性，因此，通过测量风速的低频风量，将风速的变化速率作为前馈补偿分量引入最优转速控制，能够做到超前控制，有效缩短风机对于风速变化的响应时长，提高最大风能捕获阶段的动态追踪能力，具体包括以下步骤：

A、通过风机控制器监测最近n个采样周期，并获取采样时间内的功率、转速和风速，同时将风速信号进行滤波后得到风速低频风量，根据转速和风速低频风量计算当前叶尖速比λ：

式中：R为叶片长度，ω为当前转速，V_ave为最近n个采样周期内的风速低频风量平均值；

通过风机最近一次运行在最大功率点时对应的转速和风速低频风量平均值计算最优叶尖速比λ_opt：

式中：R为叶片长度，ω_opt为风机上次运行在最大功率点时对应的转速，V_opt为风机上次运行在最大功率点时对应的风速低频风量平均值，具体为最大功率点所在时刻倒推n个采样周期内的风速低频分量平均值；

将当前叶尖速比λ与最优叶尖速λ_opt进行比较，若误差值小于叶尖速比给定误差ε_λ，则认为风机当前时刻k的转速ω(k)置于最优转速区间，否则，根据下式调节风机的当前时刻的转速ω(k)，使其快速定位至最优运行点转速区间内：