一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制【技術(shù)領(lǐng)域】，公開(kāi)了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制方法。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制方法，包括：對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行周期性地采樣，在每個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期中，根據(jù)采樣獲得的轉(zhuǎn)速值，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩曲線獲取對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值，并得出風(fēng)力發(fā)電機(jī)在對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率；在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行周期性地采樣的過(guò)程中，在初始階段過(guò)后的每個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期中，得出風(fēng)力發(fā)電機(jī)在前n個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的算術(shù)平均值，然后根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在前n個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的算術(shù)平均值、以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定功率對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)風(fēng)速快速上升至高于額定風(fēng)速時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)速會(huì)快速升高，常規(guī)的輸出功率控制方案是:風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩基本維持在額定轉(zhuǎn)矩；變槳系統(tǒng)快速響應(yīng)以控制轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速附近，但受到變槳速率和變槳延時(shí)的制約，實(shí)際中一般風(fēng)機(jī)葉片的槳距角變化速率限制在4-6° /s，若風(fēng)速變化較快，槳距角變化速率有可能出現(xiàn)因?yàn)槭芟薅櫨徛?，轉(zhuǎn)速控制會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)，甚至出現(xiàn)超速停機(jī)。另外變槳系統(tǒng)的頻繁動(dòng)作，在葉片根部產(chǎn)生很大的疲勞載荷，進(jìn)而影響到葉片的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制方法。本發(fā)明能以較快的速度使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速回歸到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。在保證機(jī)組不長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在過(guò)載狀態(tài)的同時(shí)，可以減小變槳系統(tǒng)的動(dòng)作次數(shù)，進(jìn)而降低葉片根部的疲勞載荷，增加葉片和變槳軸承的使用壽命。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0005]一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制方法,包括:對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行周期性地采樣，在每個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期中，根據(jù)轉(zhuǎn)速采樣值，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩曲線獲取對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值，將轉(zhuǎn)速采樣值與獲取的轉(zhuǎn)矩值相乘，得出風(fēng)力發(fā)電機(jī)在對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率；
[0006]在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行周期性地采樣的過(guò)程中，第I轉(zhuǎn)速采樣周期至第η轉(zhuǎn)速采樣周期為初始階段，η為大于I的自然數(shù)；在初始階段過(guò)后的每個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期中，得出風(fēng)力發(fā)電機(jī)在前η個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的算術(shù)平均值，然后根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在前η個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的算術(shù)平均值、以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定功率對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。
[0007]本發(fā)明的特點(diǎn)和進(jìn)一步改進(jìn)在于:
[0008]所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定功率為Pgffi，在第I轉(zhuǎn)速采樣周期中，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)在第I轉(zhuǎn)速采樣周期的輸出功率P1除以Π，得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)在第I轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的
設(shè)計(jì)平均值A(chǔ) ;然后根據(jù)P1與Pgffi的大小關(guān)系、以及與的大小關(guān)系，得出第I轉(zhuǎn)速
采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值T1;根據(jù)第I轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值T1對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，并將T1與第I轉(zhuǎn)速采樣周期測(cè)得的轉(zhuǎn)速值ω i相乘，得到第2轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的參考功率P2’ ；
[0009]在第i轉(zhuǎn)速采樣周期中，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)在設(shè)定的i個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率求和，i取2至n，所述設(shè)定的i個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期指第I轉(zhuǎn)速采樣周期至第i轉(zhuǎn)速采樣周期；將求和運(yùn)算的結(jié)果除以n，得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)在設(shè)定的i個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的設(shè)
計(jì)平均值；^ ;然后根據(jù)P/與Pfce的大小關(guān)系、以及瓦與Pfce的大小關(guān)系，得出第i轉(zhuǎn)速
采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值Ti ;根據(jù)第i轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值Ti對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，并將Ti與第i轉(zhuǎn)速采樣周期測(cè)得的轉(zhuǎn)速值ω i相乘，得到第i+Ι轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的參考功率Pi+1’ ;
[0010]在第j轉(zhuǎn)速采樣周期中，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)在設(shè)定的η個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率求和，j取大于η的自然數(shù)，所述設(shè)定的η個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期指第j-η+Ι轉(zhuǎn)速采樣周期至第j轉(zhuǎn)速采樣周期；將求和運(yùn)算的結(jié)果除以n，得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)在設(shè)定的η個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的
輸出功率的算術(shù)平均值戶(hù),,；然后根據(jù)P/與P.的大小關(guān)系、以及；^.與P.的大小關(guān)系，
得出第j轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值Tj ;根據(jù)第j轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值L對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，并將L與第j轉(zhuǎn)速采樣周期測(cè)得的轉(zhuǎn)速值相乘，得到第j+Ι轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的參考功率P;。
[0011]在第I轉(zhuǎn)速采樣周期中，在得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)在第I轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的
設(shè)計(jì)平均值.聲i之后，按照以下公式確定第I轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)ClT1:
[0012]dT^dT/ Xk1
[0013]dT/ 取 I,當(dāng)？額定=尸I =巧時(shí)，Ii1=I ;當(dāng) /jI > P額定且P1SP額定時(shí)，k! e [0.995，I)；當(dāng)A >尸額定且P1=P額定時(shí)，ki e (1，1.005];當(dāng)瓦=P〖且P1^額定時(shí)，Ic1 e (1，1.005];當(dāng)Pi < Z5額定或 Pi〈P額定時(shí)，h e (I, 1.005]；
[0014]在確定第I轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)ClT1之后，確定第2轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)中間值dT2’和第I轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值T1, dT2’ =
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制方法，包括:對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行周期性地采樣，其特征在于，在每個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期中，根據(jù)轉(zhuǎn)速采樣值，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩曲線獲取對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值，將轉(zhuǎn)速采樣值與獲取的轉(zhuǎn)矩值相乘，得出風(fēng)力發(fā)電機(jī)在對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率； 在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行周期性地采樣的過(guò)程中，第I轉(zhuǎn)速采樣周期至第η轉(zhuǎn)速采樣周期為初始階段，η為大于I的自然數(shù)；在初始階段過(guò)后的每個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期中，得出風(fēng)力發(fā)電機(jī)在前η個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的算術(shù)平均值，然后根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在前η個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的算術(shù)平均值、以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定功率對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。
2.如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制方法，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定功率為P額定，在第I轉(zhuǎn)速采樣周期中,將風(fēng)力發(fā)電機(jī)在第I轉(zhuǎn)速采樣周期的輸出功率P1除以η，得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)在第I轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的設(shè)計(jì)平均值;F1;然后根據(jù)P1與P.的大小關(guān)系、以及.與Pgffi的大小關(guān)系，得出第I轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值T1 ;根據(jù)第I轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值T1對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，并將T1與第I轉(zhuǎn)速采樣周期測(cè)得的轉(zhuǎn)速值Q1相乘，得到第2轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的參考功率Ρ2’ ； 在第i轉(zhuǎn)速采樣周期中，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)在設(shè)定的i個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率求和，i取2至n，所述設(shè)定的i個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期指第I轉(zhuǎn)速采樣周期至第i轉(zhuǎn)速采樣周期；將求和運(yùn)算的結(jié)果除以n，得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)在設(shè)定的i個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的設(shè)計(jì)平均值f ;然后根據(jù)P/與P額定的大小關(guān)系、以及t與P*?的大小關(guān)系，得出第i轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值Ti ;根據(jù)第i轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值Ti對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，并將Ti與第i轉(zhuǎn)速采樣周期測(cè)得的轉(zhuǎn)速值ω i相乘，得到第i+Ι轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的參考功率Pi+1’ ； 在第j轉(zhuǎn)速采樣周期中，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)在設(shè)定的η個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率求和，j取大于η的自然數(shù)，所述設(shè)定的η個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期指第j-η+Ι轉(zhuǎn)速采樣周期至第j轉(zhuǎn)速采樣周期；將求和運(yùn)算的結(jié)果除以n，得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)在設(shè)定的η個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的算術(shù)平均值;丨然后根據(jù)P/與Pfce的大小關(guān)系、以及F/與P.的大小關(guān)系，得出第j轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值Tj ;根據(jù)第j轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值L對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，并將L與第j轉(zhuǎn)速采樣周期測(cè)得的轉(zhuǎn)速值相乘，得到第j+Ι轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的參考功率Pm’。
3.如權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制方法，其特征在于，在第I轉(zhuǎn)速采樣周期中，在得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)在第I轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的設(shè)計(jì)平均值之后，按照以下公式確定第I轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)ClT1: dT^dT/ Xk1 dT/取I,當(dāng)P額定=i5 ? =戶(hù)1時(shí)，Ic1=I ;當(dāng)P ? > P額定且P!>P額定時(shí)，Ic1 e [0.995，I);當(dāng)Yi > P額定且 P1=P額定時(shí)，ki e (I, 1.005];當(dāng) F1 = i5額定且 Ρ!>Ρ額定時(shí)，Ic1 e (I, 1.005]；當(dāng)F1〈P 額定或 P1J 額定時(shí)，Ic1 e (I, 1.005]； 在確定第I轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)ClT1之后，確定第2轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)中間值dT2’和第I轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值T1, ClTZ=ClT1, T1=ClT1XTe, Te=1.05Tasg, T額定為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；然后確定第2轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的參考功率P2’，P； =T1X GJ1 ;在第i轉(zhuǎn)速采樣周期中，在得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)在設(shè)定的i個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的設(shè)計(jì)平均值;^之后，按照以下公式確定第i轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)ClTi:
ClTi=CllV Xki 當(dāng)P額定=I =P1 '時(shí)，ki=1 ;當(dāng)尸額定且1V>p額定時(shí)，ki e [0.995, I)；當(dāng) >.Ρ額定且e (1,1-005];當(dāng)7, = P額定且 P/>P額定時(shí)，Ici e (1,1-005];當(dāng)P ? < P額定或 Pi'〈P額定時(shí)，K e (I, 1.005]； 在確定第i轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)ClTi之后，確定第i+Ι轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)中間值dTi+1’和第i轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值Ti, ClT^Z=ClTi, Ti=ClTiXTe ;然后確定第i+Ι轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的參考功率Pi+1’，PiV=TiX Oi ； 在第j轉(zhuǎn)速采樣周期中，在得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)在設(shè)定的η個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期內(nèi)的輸出功率的算術(shù)平均值之后，按照以下公式確定第j轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)dL: dT^dT/ Xkj 當(dāng)P額定=^i=Pj'時(shí)，kJ=I ；當(dāng)Tl >P額定且P/>P額定時(shí)，kj e [0.995, I);當(dāng) >.Ρ額定且 P/=P額定時(shí)，kj e` (1,1-005];當(dāng)1) = P額定且 P/>P額定時(shí)，kj e (1,1-005]；當(dāng)〈戶(hù)額定或卩/⑦額定時(shí)，！^ e (1,1-005]； 在確定第j轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)ClTj之后，確定第j+Ι轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)中間值dTj+1’和第j轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值T」，dTj+1’=dTj，Tj=ClTjXTe ;然后確定第j+Ι轉(zhuǎn)速采樣周期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的參考功率Pj+1’，Pj+1’ =TjX ω Jt)
4.如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制方法，其特征在于，在初始階段過(guò)后的每個(gè)轉(zhuǎn)速采樣周期中，將轉(zhuǎn)速采樣值與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速作差運(yùn)算，得到轉(zhuǎn)速差值；以所述轉(zhuǎn)速差值為依據(jù)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片的槳距角進(jìn)行PID控制；然后根據(jù)PID控制的結(jié)果，并利用變槳系統(tǒng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片的槳距角進(jìn)行控制。
5.如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率控制方法，其特征在于，所述根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制包括以下步驟:根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值，采用直接轉(zhuǎn)矩控制方法對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。
【文檔編號(hào)】F03D9/00GK103701378SQ201310737476
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
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