最大功率点跟踪控制方法及风力发电系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电机组控制
，尤其涉及一种最大功率点跟踪控制方法 及风力发电系统。
技术介绍
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《^^到额定转 速之间，选取若干个转速 Wi(i = 1，2,……，η)，即以转速差值Λ ω为间隔划分区 间，令 Gj1 = GJcut ιη，ωη = GJrate，则 η-1 个转速区间分别为（GJ1, ω2)、（ω2，ω3)、......、 (ωη 工，ωη)，艮P (GJcut in，GJcut ιη+ Λ ω)、(GJcut ιη+ Λ ω，GJcut ιη+2Χ Λ ω)、......、 (ω_ιη+(η_1)Χ Λ ω，ω_)，η个转速ωια = 1，2,……，η)对应的初始功率分别为 P2>……、？"，11-1个转速区间对应的功率固定扰动值分别为厶？1、厶？2、……、ΛΡ η1，其中 Λ P1^APw。图1为不同风速下风力发电机组的Ρ-ω关系曲线，如图1所示，假设当前的 风速为^ i，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Q1，初始输出功 率为P1，突然外界环境变化引起风速变为U 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W 1开始增加直 至增加到转速ω 2，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W 1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 (ω P ω 2)，对应的功率固定扰动值为Λ P1，则并网控制器始终根据公式Pset = Pset+ Λ P1 (Pset 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Λ P1进行功率给定值PMt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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种最大功率点跟踪控制方法及风力发电系统，用于解决 现有技术中由于风力发电机组在最大功率点的波动范围内运行而导致的能量损失的问题。 为达到上述目的，本专利技术所提出的技术方案为： 本专利技术的一种最大功率点跟踪控制方法，用于垂直轴风力发电机组，其包括以下 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所述转速对应的 初始功率；实时检测当前转速，判断所述当前转速所在的当前转速区间；根据所述当前转 速与所述当前转速区间，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；及根据所述功率给定值调节触发脉冲占空比，以控制 输出功率。 进一步地，所述最大功率点跟踪控制方法还包括以下步骤：将所述输出功率与所 述最大功率点进行比较，当所述输出功率小于所述最大功率点时，继续实时检测所述当前 转速以进行所述最大功率点的跟踪控制，否则结束所述最大功率点的跟踪控制。 进一步地，所述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 与所述转速对应的初始功率包括：令所述并网转速为转速O 1，所述额定转速为转速ωη，在 所述转速O1与所述转速ωη2间以转速差值Λ ω为间隔划分区间，即得到由η个所述转 速组成的η-1个所述转速区间，所述η-1个转速区间分别为（GJ 1, ω2)、（ω2, ω3)、……、 (ωη1，ωη)，（i = 1，2,……，η)，与各所述转速对应的所述初始功率为P2、……、Pn，其 中，η为不小于2的整数。 进一步地，所述实时检测当前转速包括：实时检测当前风速V与所述当前转速 ω，根据所述当前风速V得到一输出动力矩?；，根据所述当前转速ω得到一输出电磁力矩 ?；;根据公式计算得到一当前加速度其中，a+k2jg)为一常 数，上为风轮的转动惯量，k为齿轮箱的传动比，Jg为发电机的转动惯量；及根据所述当前 加速度计算得到一更新的当前转速，以所述更新的当前转速更新为所述当前转速。 进一步地，所述根据所述当前转速与所述当前转速区间，计算得到一与变化的功 率扰动值对应的功率给定值包括：根据公式>计算得到所述功率扰 动值ΔΡ，其中，ω为所述当前转速，（GJ j, co j+1)，1彡j 为所述当前转速区间,Pj为转速 ω j对应的初始功率，Pj+1为转速ω j+1对应的初始功率；及根据公式Pset = △ P+P。计算得到 所述功率给定值PMt，其中，△ P为所述功率扰动值，P。为初始输出功率。 本专利技术的一种风力发电系统，其包括：垂直轴风力发电机组，包括一发电机；传动 装置，用于根据风速实时检测所述发电机的当前转速，并判断所述当前转速所在的当前转 速区间；控制器，其包括转速区间获取模块、功率扰动值计算模块及功率给定值计算模块， 其中，所述速区间获取模块用于根据并网转速与额定转速，得到至少两转速组成的转速区 间及与所述转速对应的初始功率，所述功率扰动值计算模块用于根据所述当前转速与所述 当前转速区间，计算得到一与所述当前转速区间对应的变化的功率扰动值，所述功率给定 值计算模块用于根据所述功率扰动值，计算得到一对应的功率给定值；及变流器，用于根据 所述功率给定值调节触发脉冲占空比，以控制所述发电机的输出功率。 进一步地，所述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 与所述转速对应的初始功率包括：令所述并网转速为转速O 1，所述额定转速为转速ωη，在 所述转速O1与所述转速ωη2间以转速差值Λ ω为间隔划分区间，即得到由η个所述转 速组成的η-I个所述转速区间，所述η-I个转速区间分别为（GJ 1, ω2)、（ω2, ω3)、……、 (ωη1，ωη)，（i = 1，2,……，η)，与各所述转速对应的所述初始功率为P2、……、Pn，其 中，η为不小于2的整数。 进一步地，所述实时检测当前转速包括：实时检测当前风速v与所述当前转速 ω，根据所述当前风速V得到一输出动力矩?；，根据所述当前转速ω得到一输出电磁力矩 ?；;根据公式·计算得到一当前加速度I其中，α+k%)为一常 数，上为风轮的转动惯量，k为齿轮箱的传动比，Jg为发电机的转动惯量；及根据所述当前 加速虔·计算得到一更新的当前转速，以所述更新的当前转速更新为所述当前转速。 进一步地，所述根据所述当前转速与所述当前转速区间，计算得到一与所述当前 转速区间对应的变化的功率扰动值包括：根据公式I计算得到所述 功率扰动值ΔΡ，其中，ω为所述当前转速，（ω j，ω j+1)，I < j < η为所述当前转速区间,Pj 为转速ω j对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种最大功率点跟踪控制方法，用于垂直轴风力发电机组，其特征在于，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所述转速对应的初始功率；实时检测当前转速，判断所述当前转速所在的当前转速区间；根据所述当前转速与所述当前转速区间，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；及根据所述功率给定值调节触发脉冲占空比，以控制输出功率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱子焜，张海军，
申请(专利权)人：深圳市风发科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44