一种风力发电机组叶尖速比获取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110263477A(43)申请公布日2019.09.20(21)申请号201910575718.6(22)申请日2019.06.28(71)申请人湘电风能有限公司地址411101湖南省湘潭市岳塘区吉安路68号申请人湘潭电机股份有限公司(72)发明人张硕望黄凌翔曹俊伟(74)专利代理机构湘潭市汇智专利事务所(普通合伙)43108代理人陈伟(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种风力发电机组叶尖速比获取方法(57)摘要本发明公开了一种风力发电机组叶尖速比获取方法，包括以下步骤：构造传动链观测器，通过使用卡尔曼观测器，从最终观测结果中获得原传动链系统的真实状态；通过传感器获得叶轮轮毂转速以及风力发电机组的发电机转矩，得到叶轮实际吸收的气动转矩；建立风力发电机的气动转矩与风力发电机的叶尖速比的映射关系；通过二次曲面的散点拟合多项式函数，得到叶尖速比。本发明通过对风力发电机物理系统本质特性的分析，直接减少了风速获取和风速估计部分，可在风力发电机控制系统实时运行环境下获得风电场风力发电机组的有效叶尖速比，有助于提高风力发电机组控制精度提升风机整机性能，增强风机控制系统的实时性、有效性和可靠性。CN110263477ACN110263477A权利要求书1/3页1.一种风力发电机组叶尖速比获取方法，包括以下步骤：步骤一：构造传动链观测器，通过使用卡尔曼观测器，从最终观测结果中获得原传动链系统的真实状态；步骤二：通过传感器获得叶轮轮毂转速ωr以及风力发电机组的发电机转矩Tg，得到叶轮实际吸收的气动转矩Ta；步骤三：建立风力发电机的气动转矩Ta与风力发电机的叶尖速比λ的映射关系；步骤四：通过二次曲面的散点拟合多项式函数，得到叶尖速比λ。2.根据权利要求1所述的风力发电机组叶尖速比获取方法，其特征在于，所述步骤一中，风机等效传动链的动力特性由如下方程组表示：其中，Je表示等效转动惯量，表示风机轮毂加速度，Ta是叶轮实际吸收的气动转矩，Tg表示风机发电机转矩，Tloss表示风机转矩损失，Pg表示风机发电机功率,ωr表示风机轮毂转速。3.根据权利要求2所述的风力发电机组叶尖速比获取方法，其特征在于，所述步骤一具体步骤为：假定风力发电机传动链线性时变系统的观测表达式为：dx(t)＝(A(t)x(t)+B(t)u(t))dt+dn(t)y(tk)＝H(tk)x(tk)+D(tk)u(tk)+v(tk)式中，dx(t)为系统状态在t时刻的一阶微分，A(t)为风机系统在t时刻的状态矩阵，B(t)为风机系统在t时刻的输入矩阵，x(t)为系统在t时刻的状态量，u(t)为在t时刻的系统输入，dt为微分时间，dn(t)为在t时刻的噪声干扰项；y(tk)为在tk时刻的系统输出，H(tk)为风机系统在tk时刻的卡尔曼观测输出矩阵，D(tk)为风机系统在tk时刻的卡尔曼观测前馈矩阵，x(tk)为系统在tk时刻的状态量，u(tk)为在tk时刻的系统输入，v(tk)为在tk时刻的观测噪声干扰项；、给定其初始测量值以及实际测量数据y(t0),y(t1),y(t2),…,u(t),t≥t0上式中，y(t0),y(t1),y(t2)为系统在t0、t1、t2时刻的输出，表示系统初始状态的估计，表示在时刻的系统状态估计，表示在时刻的卡尔曼矩阵，P0表示初始状态的卡尔曼矩阵；对于实际风机系统，使用tk时刻实际传感器值更新状态更新观测结果，得到观测结果中获得原传动链系统的真实状态，其中包含叶轮轮毂转速观测值以及叶轮加速度观测值4.根据权利要求3所述的风力发电机组叶尖速比获取方法，其特征在于，所述步骤二中，使用步骤一中卡尔曼观测器并考虑工程偏差进一步得到如下表达式：2CN110263477A权利要求书2/3页其中k表示第k时刻，Je为轮毂总等效转矩，为观测得到的叶轮加速度，为叶轮实际吸收的气动转矩观测值，Tloss为系统效率损失转矩。5.根据权利要求4所述的风力发电机组叶尖速比获取方法，其特征在于，所述步骤三具体步骤为：引入风力发电机组转矩系数Cq定义如下：其中，Cq(λ,θ)是风力发电机的转矩系数，ρ是空气密度，ve是等效叶轮风速，S是叶轮等效扫风面积，R是叶轮等效半径，叶尖速比λ用来表示叶轮在不同风速下的状态，对于风力发电机的叶尖速比λ有如下定义：ve＝ωrRλ综合转矩系数Cq方程并去除其中风速相关参数有:风力发电机的转矩系数Cq(λ,θ)<1是表示在外界风流场作用下风力发电机的获得旋转扭矩的系数，其是关于叶尖速比λ和桨距角θ的一个非线性曲面函数；从上述表达式分离气动转矩Ta得到：式中，表示在条件下求解λ；明确Ta＝Ta(λ,θ,ωr)是关于