[发明专利]一种基于空气密度跟踪最优模态增益的动态转矩控制方法

说明书

本发明涉及一种基于空气密度跟踪最优模态增益的动态转矩控制方法，具体包括以下步骤：S1.主控系统获取实时风速，判断是否大于预设的额定风速，若大于转至步骤S4，否则转至步骤S2；S2.转矩控制模块获取空气密度值和叶片旋转的角速度，计算得到转矩最佳控制系数，并发送至主控系统；S3.主控系统根据转矩最佳控制系数对应的最佳叶尖速比，调整风轮的叶尖速比，实现风能的最大捕获；S4.桨距角控制模块根据仿真软件构建桨距角算法模型，调整相应参数计算得到最优桨距角参数发送至变桨系统，变桨系统调节桨矩角，维持转速恒定，实现风能的最大捕获。与现有技术相比，本发明具有实现风能的最大捕获、有效提高风电机组的风能利用效率等优点。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其是涉及一种基于空气密度跟踪最优模态增益的动态转矩控制方法。

背景技术

提高变速变桨风电机组的能效转化率是风电机组设计人员追求的重要目标。由于风速测量的不可靠性，很难建立转速与风速的直接对应关系，因此在额定风速以下时，采用角速度代替风速，建立转速和转矩的关系，实现最优转矩控制；同时采用变桨自适应控制，通过对机组叶片进行仿真，得出在各风速段的最优桨距角。

现有技术通常采用转速-转矩查表法来实现最佳叶尖速比跟踪，认定额定风速下在0°桨距角时获得最佳值，但是存在以下问题：

一、由于受到发电机最小并网转速、额定转速与旋转部件机械强度限制的约束，查表法在这两个边界转速上只能采用斜率较大的过渡曲线来表征转矩与转速的对应关系，影响了输出功率的平稳性，极大地缩短了最佳叶尖速区，减少了风力机组的发电量；

二、由于风机面对的风速风向受到各种环境因素的影响，在机组整个风轮面上分布不均匀，风轮面越大，不均衡就越大；同时机组叶轮在制造、安装、调试过程中也有很多不确定因素，导致在额定风速以下0°角并非最优桨距角，若以此时的桨距角作为最优桨距角进行风电机组的发电，则会降低风机的运行出力效率，减少风电机组的发电量。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的叶尖速比和最优桨距角测量不准确导致风机的运行出力效率降低、风电机组的发电量下降的缺陷而提供一种基于空气密度跟踪最优模态增益的动态转矩控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于空气密度跟踪最优模态增益的动态转矩控制方法，具体包括以下步骤：

S1.主控系统获取当前实时风速，判断是否大于预设的额定风速，若大于转至步骤S4，否则转至步骤S2；

S2.转矩控制模块获取当前的空气密度值和风电机组的叶片旋转的角速度，根据所述空气密度值和叶片旋转的角速度计算得到转矩最佳控制系数，并将转矩最佳控制系数发送至主控系统；

S3.主控系统根据接收到的转矩最佳控制系数对应的最佳叶尖速比，调整风轮的叶尖速比，实现风能的最大捕获；

S4.桨距角控制模块根据仿真软件构建桨距角算法模型，调整桨距角算法模型的参数计算得到最优桨距角参数发送至变桨系统，所述变桨系统根据所述最优桨距角参数调节桨矩角，维持转速恒定，实现风能的最大捕获。

所述主控系统设置于变速变桨双馈风力机。

所述转矩控制模块设有变桨控制环。

进一步地，所述转矩控制模块将变桨控制环与解耦控制环结合，使转矩控制能平滑过渡于转矩环和变桨环之间。

所述转矩控制模块中，采用角速度代替风速可以得到功率是角速度的函数，即最佳功率与角速度的三次方成正比，也即最佳转矩与角速度的平方成正比，转矩的计算公式如下所示：