[发明专利]最大功率点跟踪控制方法及风力发电系统

说明书

本发明涉及一种最大功率点跟踪控制方法及风力发电系统，其中，该最大功率点跟踪控制方法包括以下步骤：根据并网转速与额定转速，得到至少两转速组成的一转速区间及与转速对应的初始功率；实时检测当前转速，判断当前转速所在的当前转速区间；根据当前转速与当前转速区间，计算得到一与变化的功率扰动值对应的功率给定值，其中，所述功率扰动值对应于所述当前转速区间；及根据功率给定值调节触发脉冲占空比以控制输出功率。该风力发电系统包括：垂直轴风力发电机组、传动装置、控制器及变流器。本发明通过变化的功率扰动值控制发电机的输出功率，从而避免能量损失。

技术领域

本发明涉及风力发电机组控制技术领域，尤其涉及一种最大功率点跟踪控制方法及风力发电系统。

背景技术

目前，现有的大型垂直轴风力发电机组的最大功率点跟踪控制方法的基本思想为：将整机出厂时转速对应最佳输出功率曲线图离散化，从机组并网转速ω_cut-in到额定转速ω_rate之间，选取若干个转速ω_i(i＝1,2,……,n)，即以转速差值△ω为间隔划分区间，令ω₁＝ω_cut-in，ω_n＝ω_rate，则n-1个转速区间分别为(ω₁，ω₂)、(ω₂，ω₃)、……、(ω_n-1，ω_n)，即(ω_cut-in，ω_cut-in+△ω)、(ω_cut-in+△ω，ω_cut-in+2×△ω)、……、(ω_cut-in+(n-1)×△ω，ω_rate)，n个转速ω_i(i＝1,2,……,n)对应的初始功率分别为P₁、P₂、……、P_n，n-1个转速区间对应的功率固定扰动值分别为△P₁、△P₂、……、△P_n-1，其中△P_j≠△P_j+1(j＝1,2,……,n-2)。图1为不同风速下风力发电机组的P-ω关系曲线，如图1所示，假设当前的风速为ひ₁，此时风力发电机组工作在最大功率点A上，发电机当前转速为ω₁，初始输出功率为P₁，突然外界环境变化引起风速变为ひ₂，此时风力发电机组的工作点变为B点，虽然风轮的输出功率和输出动力矩都在增加，然而发电机的转速由于惯性作用不会发生突变，从而发电机的输出功率和输出电磁力矩保持不变。而此时风轮的输出功率和输出动力矩分别大于发电机的输出功率和输出电磁力矩，因此，发电机的转速会从当前转速ω₁开始增加直至增加到转速ω₂，即风轮和发电机分别沿着曲线BC和AC运行至交点C时，风轮的输出功率与发电机的输出功率达到平衡，风力发电机组运行在最佳状态。在发电机的转速从ω₁增加到ω₂的过程中，实时检测发电机的当前转速，假设发电机的当前转速始终处于转速区间(ω₁，ω₂)，对应的功率固定扰动值为△P₁，则并网控制器始终根据公式P_set＝P_set+△P₁(P_set的初始值为初始输出功率P₁)计算功率给定值，并通过现场总线通讯方式传送给并网变流器，由并网变流器根据其自身特性而进一步控制发电机的输出功率，即随着功率给定值的增加，发电机的输出功率也在增加，从而达到最大功率点跟踪控制的目的。然而不断地以功率固定扰动值△P₁进行功率给定值P_set的扰动累加，将使得风力发电机组最终是在最大功率点的波动范围内运行，而并非真正地稳定在最大功率点上，从而造成一定的能量损失。

发明内容