[发明专利]大容量变速风力发电机组提升发电量的控制方法与系统

说明书

本发明公开了一种大容量变速风力发电机组提升发电量的控制方法与系统，该方法包括：1)读取传感器风速信息；2)计算最小转速限值；3)对计算得到的最小转速限值ω_Min做限幅处理；4)修改实际最小转速限制参数。本发明不需要额外增加硬件或传感器设备即可带来发电量的提升，在无需额外成本的前提下可获得了更高的收益。

技术领域

本发明涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种大容量变速风力发电机组提升发电量的控制方法与系统。

背景技术

风力发电机组单机容量发展十分迅速，尤其是海上机组，单机容量已突破16MW，单机容量的增大意味着机组的转动惯量也会增大。风力发电机组在额定风速以下时，通过转矩控制调节发电机转速使其处于最优叶尖速比状态，从而获得最佳的发电功率。但是，考虑到大转动惯量风力发电机组的风轮巨大的惯性力，其动态跟踪性能必然是缓慢的，难以兼顾对实际低风速工况和高风速工况的转速跟踪性能。即随着现场实际湍流风的频繁波动，大惯量风力发电机组更多的时间处于动态跟踪过程中，而非运行在稳态工作点上，理论上这样造成了发电量的损失。而风力发电机组能捕获的最大风能与风速的立方成正比关系，即低风速时段蕴含的风能要远小于等时长的高风速时段。基于此，提升对于高风速的动态跟踪性能对发电量而言更为关键，即使因此牺牲了部分对低风速的动态跟踪性能，也可以带来发电量的提升。

目前，常规的风力发电机组最大功率功率跟踪控制中鲜有考虑风力发电机组转动惯量日益增长的影响，对于额定风速以下的低风速和高风速工况采用同样策略进行最大功率跟踪，急需改进。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种大容量变速风力发电机组提升发电量的控制方法，不需要额外增加硬件或传感器设备即可带来发电量的提升，在无需额外成本的前提下可获得了更高的收益。

本发明的第二目的在于提供一种大容量变速风力发电机组提升发电量的控制系统。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种大容量变速风力发电机组提升发电量的控制方法，基于以下公式：

风力发电机组在额定风速以下时的最优转速由最优叶尖速比λ_opt和风速ν决定，如式(1)所示：

式中，ω表示发电机转速，G代表齿轮箱传动比，R代表叶轮半径；

基于上述公式，该方法是以前3分钟的历史平均风速作为下一个周期风速的预测，代入式(1)中将计算得到的转速值作为发电机转速的最小限值ω_Min，更新式(1)为：

即使下一时刻的实际风速低于前3分钟的历史平均风速在后续的几个周期中也会波动回升，故将发电机转速限制在ω_Min，待后续周期风速回升时，被限制了转速的风力发电机组将更快地跟踪到最优转速；当然，若风速持续长时间下降，前3分钟的历史平均风速会相较实际风速下降更晚，风力发电机组也会更晚地跟踪到最优转速，这就牺牲了风力发电机组对渐弱风速的跟踪性能，此过程也会损失一部分发电量；但当风速回升时，风力发电机组由于转速下降慢，能够从更高的转速值上升到最优转速，这就提升了对渐强风速的跟踪性能；由于低风速时段蕴含的风能远小于等时长的高风速时段，因此在风工况总体的上升和下降的变化是平均的前提下，提升收益的部分显然比牺牲收益的部分大；

另外，为了能够灵活调整对转速的限制程度，引入调节环节η，更新式(2)为：

式中，调节环节为关于前3分钟的历史平均风速的函数，根据不同风速段，通过调节环节η的不同设置，能够调整对发电机转速限制的程度，以获取最佳收益。

进一步，所述大容量变速风力发电机组提升发电量的控制方法，包括以下步骤：

1)读取传感器风速信息