永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法
专利汇可以提供永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种永磁直驱 风 力 发 电机 组 失速 和变桨混合控制方法，属于发电机控制技术领域，包括：检测当前风速和永磁直驱 风力 发电机组 的实时功率、转速、桨距 角 的值；通过当前风速、实时功率、转速、桨距角的值，利用等效风速法计算得到 轮毂 中心 正面 接受的风速即等效平均风速；根据等效平均风速和永磁直驱 风力发电机组 额定风速的关系控制永磁直驱风力发电机组的功率输出，具体控制方法分三种情况：1)当前风速低于额定风速，采用最大功率 跟踪 控制；2)当前风速超过额定风速，采用恒转速控制；3)当前风速超过额定风速，采用恒功率控制。该方法解决了永磁直驱风力发电机组变桨系统桨距角频繁动作导致的故障率高问题，功率输出更加稳定。，下面是永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法专利的具体信息内容。
1.一种永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：检测当前风速和永磁直驱风力发电机组的实时功率、转速、桨距角的值；
步骤2：通过所述当前风速、永磁直驱风力发电机组的实时功率、转速、桨距角的值，利用等效风速法计算得到轮毂中心正面接受的风速即等效平均风速；
步骤3：根据计算出的所述等效平均风速计算永磁直驱风力发电机组的最优转速n，并根据所述等效平均风速和永磁直驱风力发电机组额定风速的关系控制永磁直驱风力发电机组的功率输出，具体控制方法分为：
1)最大功率跟踪控制：如果当前风速低于永磁直驱风力发电机组额定风速，则桨距角一直维持在0°，永磁直驱风力发电机组实际从风中吸收的能量P公式为：
式中，P-能量，w；ρ-空气密度，kg/m3；R-风轮半径，m；CP-风能利用系数；v-等效平均风速，m/s；
风能利用系数CP仅为叶尖速比λ的函数，叶尖速比λ＝ωR/v，其中，ω-风轮角速度，rad/s，根据计算出的最优转速和测得的机组转速的差值来通过力矩调节永磁直驱风力发电机组的功率输出，实现最大功率跟踪；
2)恒转速控制：如果当前风速超过永磁直驱风力发电机组额定风速，且功率未达到永磁直驱风力发电机组额定功率，此时永磁直驱风力发电机组以额定转速恒转速运行，根据额定转速和实际转速差值来调节永磁直驱风力发电机组的功率输出，功率一直增加直到达到额定功率附近；
3)恒功率控制：如果当前风速超过永磁直驱风力发电机组额定风速，且功率达到永磁直驱风力发电机组额定功率，此时调节永磁直驱风力发电机组叶片使得桨距角向攻角增大的方向转过2-5°，进入失速状态，结合PID控制算法调节桨距角维持恒定功率输出。
2.根据权利要求1所述的永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法，其特征在于，所述结合PID控制算法调节桨距角维持恒定功率输出的过程为：
桨距角PID控制采用增量式PID方程：
其中，Kp，Ki，Kd是经验常数， -桨距角的输出信号增量；t-采样时间；e(t)-调节器的偏差信号； ,-比例系数增量； -积分系数增量； -微分系数增量；
根据
e(t)＝AngleDemand(t)-CurrentAngle(t) (3)式中，PitchAngle指最终的桨距角控制量；AngleDemand指永磁直驱风力发电机组当前风速下的桨距角需求；CurrentAngle指当前反馈桨距角；e(t)为反馈桨距角和输入桨距角需求之差值，仿真过程赋值给Kp，Ki，Kd对桨距角进行PID控制。
3.根据权利要求1所述的永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法，其特征在于，所述最优转速
式中，R-风轮半径，m；λ-叶尖速比，v-等效平均风速，m/s。
永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法
技术领域
背景技术
组故障率相对较高。定桨距失速调节主要依赖于叶片独特的翼型结构，由于失速是一个非
常复杂的气动过程，对于不稳定的风况，很难精确计算出失速效果，所以很少用在MW级以上
的大型风力发电机的控制上。
发明内容
发电机组的功率输出，具体控制方法分为以下三种情况：
发电机组的功率输出，实现最大功率跟踪；
根据额定转速和实际转速差值来调节永磁直驱风力发电机组的功率输出，功率一直增加直
到达到额定功率附近；
增大的方向转过2-5°，进入失速状态，结合PID控制算法调节桨距角维持恒定功率输出。
距角需求之差值，仿真过程赋值给Kp，Ki，Kd对桨距角进行PID控制。
叶采用失速特性，调节系统采用变桨距调节，在额定风速以上时，调节桨距角向攻角增大的
方向转过一定角度，进入失速状态，桨距角仅需要微调就可以维持恒定功率输出，减小桨距
角变化范围；
和变桨控制方法输出结果相比更平稳，误差明显小于变桨控制；
具体实施方式
特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连
接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普
通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描
述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。
曲而使气流加速，压力较低，凹面相比平缓面，气流速度缓慢，压力较高，因而产生升力。桨
叶的失速性能是指在最大升力系数附近的性能。随着风速增加，叶片攻角增大，升力系数也
在增大，当达到额定功角后，升力系数开始减小，阻力系数增大，从而造成叶片失速，限制功
率的增加。
捕获，维持功率稳定。
获。只有在恒功率控制阶段，通过混合控制方法来限制功率输出，主要控制过程是恒功率阶
段，下面说明本实施例提供了一种永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法的控制
过程。
转动惯量，kg·m2； -风轮角加速度，rad/s2；η1-总机械功率，可通过实验测得；η2-总电
效率，可通过实验测得。
未知的一元一次方程，求解方程。
刻变化，所以等效风速也不同，导致桨距角也在时刻变化)，它和扭矩(扭矩在仿真软件里有
给定范围，根据转速不同扭矩也在时刻变化控制风力发电机组)和桨距角共同作用，影响转
速和功率输出。而转速和功率又在影响扭矩和桨距角，它们是一个控制回路。
率输出，最优转速 式中，R-风轮半径，m；λ-叶尖速比，v-等效平均风速，m/s，具
体控制方法分为以下三种情况：
发电机组的功率输出，实现最大功率跟踪；
节来控制风力发电机组功率输出；
根据额定转速和实际转速差值来调节永磁直驱风力发电机组的功率输出，功率一直增加直
到达到额定功率附近；
速恒转速运行，和实际转速的差值通过力矩调节控制风力发电机组功率输出；
增大的方向转过一定角度，本实施例中的角度为3-5°，进入失速状态，结合PID控制算法调
节桨距角维持恒定功率输出。
大的方向转过一定角度(即桨距角减少的方向)，本实施例中的角度为3-5°，进入失速状态。
结合力矩调节回路，维持恒功率运行。
面数据库查找桨距角所得到；CurrentAngle指当前反馈桨距角，在仿真过程中
CurrentAngle通过实际测得到；e(t)为反馈桨距角和输入桨距角需求之差值，仿真过程赋
值给Kp，Ki，Kd对桨距角进行PID控制。根据(3)式计算出e(t)，利用e(t)和CurrentAngle得到
AngleDemand，然后利用Kp，Ki，Kd的值根据公式(1)计算出 将AngleDemand和 代
入公式(2)计算出PitchAngle。
种尺寸和型式的水平轴风机，进行设计和认证所需的性能和载荷计算。
9m/s，仿真时选择平均风速为5m/s、13m/s和21m/s的3D湍流风，通过机组扭矩、桨距角、转
速、功率输出曲线来验证控制方法的有效性和可行性。
大功率跟踪，桨距角维持在0°。
发电机组稳定运行。
时，图8是平均风速为13m/s时的变桨控制方法和混合控制方法得到的桨距角(图8a)和功率
(图8b)仿真曲线对比，图9平均风速为21m/s时的变桨控制方法和混合控制方法得到的桨距
角(图9a)和功率(图9b)仿真曲线对比。通过对比曲线能够明显看出混合控制方法的优势，
变桨控制方法虽然可以使机组输出功率维持在60kW附近，但波动较大。桨距角变化范围为
0°到35°，而失速和变桨混合控制方法的控制更为平稳、效果更好，能够使风力发电机组的
输出功率稳定在60kW附近，桨距角变化范围为-12°到0°并且混合控制方法的桨距角变化范
围更小，更稳定。
简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。
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