[发明专利]一种离网型风力发电系统和方法

权利要求书

1.一种离网型风力发电系统，其特征在于：包括风力发电机、主负荷、可调热负荷、变压器和用于实现最大风能跟踪的的控制装置；

风力发电机分别、变压器、主负荷依次连接；风力发电机分别还和可调热负荷连接；控制装置和可调热负荷连接。

2.根据权利要求1所述的离网型风力发电系统，其特征在于：控制装置是用于控制风力发电机以最大功率点输出的鲁棒滑模控制器。

3.根据权利要求1所述的离网型风力发电系统，其特征在于：风力发电机包括依次连接的风力机和永磁同步发电机；永磁同步发电机和主负荷、可调热负荷均连接。

4.根据权利要求1所述的离网型风力发电系统，其特征在于：主负荷为电热水锅炉或者制氢装置。

5.根据权利要求4所述的离网型风力发电系统，其特征在于：若主负荷为制氢装置，主负荷包括依次连接的不可控整流桥、直流电容、N组DC/DC变换器、N组滤波器和N组电解槽堆，N≥1；DC/DC变换器和还和电解槽堆连接。

6.根据权利要求1所述的离网型风力发电系统，其特征在于：可调热负荷是厂用热负荷或储热设备。

7.根据权利要求6所述的离网型风力发电系统，其特征在于：可调热负荷包括K组并联的三相电阻器组成，K≥1。

8.一种离网型风力发电方法，其特征在于，包括：

S1，风力发电机将风能转化成电能，通过变压器将电能输送给主负荷和可调热负荷；

S2，控制装置采集风力发电机出口母线的电压频率和风速，控制装置以控制风力发电机达到最大功率点输出为目标对电压频率和风速进行计算，生成控制信号；将控制信号发送至主负荷和可调热负荷；

S3，可调热负荷根据控制信号采用机械投切电阻的方式改变可调热负荷投入风力发电系统的容量和风力发电机的转速。

9.根据权利要求8所述的离网型风力发电方法，其特征在于，步骤S2包括：

控制装置采集风力发电机的风速，并根据风速计算出风力发电机的最佳转速参考值ω_{r_ref}；

通过锁相环采集风力发电机母线电压u_g的频率f_e，控制装置根据频率f_e计算出实际转速ω_r；

控制装置通过控制规律计算出控制信号；并将控制信号发送至可调热负荷。

10.根据权利要求9所述的离网型风力发电方法，其特征在于，最佳转速ω_{r_ref}和实际转速的计算如下：

ω_{r_ref}＝λ_optv/r

ω_r＝2πf/n_p

其中，λ_opt为最佳叶尖速比，v为风速，r为风力机的半径，f为发电机母线的电压频率，n_p为发电机的极对数；

控制装置通过控制规律计算出控制信号的公式如下：

其中，u为控制信号，e为误差输入，s为滑模函数，sat(s,δ)为饱和函数，g(ω_r)为控制函数，ρ为扰动边界值，c、k均为控制增益；

误差输入e、滑模函数s、饱和函数sat(s,δ)、控制函数g(ω_r)、最佳转速ω_{r_ref}和实际转速的计算如下：

e＝ω_{r_ref}-ω_r

其中，δ为正数；k₀为发电机内电动势与转子转速的比值，J为风力发电机的转动惯量。