[发明专利]基于限制参考转速变化率的转速跟踪目标优化方法

说明书

本发明公开了一种基于限制参考转速变化率的转速跟踪目标优化方法，针对低风速下大转动惯量风机难以及时响应湍流风速的快速变化而导致其跟不上最优转速的问题，该方法在传统叶尖速比法的基础上，首先设计了一个低通滤波器，实现对最优转速信号中的噪声及高频信号滤波；同时对平滑后最优转速的变化速率进行限制，从而得到参考转速；最后由控制器实现风机对参考转速的跟踪。通过优化参考转速，使得风机的控制器能够匹配风机的慢动态特性，跟踪过程中能够满足载荷限制和发电机电磁转矩限值的要求，达到预期的控制目标。本发明在保证风机跟踪效果的同时，有效提高了风能捕获效率。

技术领域

本发明属于风机控制领域，具体涉及一种基于限制参考转速变化率的转速跟踪目标优化方法。

背景技术

目前，变速风机一般采用MPPT控制实现最大化风能捕获。然而，低风速下大转动惯量风机具有难以克服的慢动态特性，因此难以及时响应湍流风速的快速变化，导致其跟不上最优转速，无法获得理论上的最佳风能利用系数。

现有研究大都为转速跟踪控制器的设计与改进，提高大转动惯量风机动态性能方式有两种：一种是增大不平衡转矩，另一种是缩小跟踪所需的路程。这两种方式均对风机的动态性能有所改善，虽然提高了效率，但是也付出了载荷提高的代价。因此，局限于转速跟踪控制器的这一类方法往往难以兼顾效率与载荷。

对参考转速进行平滑滤波的做法多次出现在MPPT控制研究的仿真验证部分，用于控制策略实现中的参考输入预处理。显然，滤波的做法会使风机实际跟踪的参考转速偏离其最优值，但却可以有效避免风机的电磁转矩或功率超出其调节范围，并能够有效限制载荷，同时对风机的风能捕获效率也有一定的提高效果。

进一步研究发现，仅使用低通滤波平滑参考转速，当风速变化较大时参考转速变化率仍有较大可能超出风机自身的转速跟踪能力。究其原因，风机的慢动态特性主要体现在风轮转速的变化率有限。因此需要对参考转速做出进一步限制，使得转速跟踪目标能够匹配大转动惯量风机的慢动态特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于限制参考转速变化率的转速跟踪目标优化方法，通过设计低通滤波器，同时对转速的变化速率进行限制，优化了参考转速，使得风机的控制器能够匹配风机的慢动态特性，在保证风机跟踪效果的同时，有效提高了风能捕获效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于限制参考转速变化率的转速跟踪目标优化方法，包括以下步骤：

步骤1、获取风速、风轮转速；

步骤2、计算气动转矩、理论最优转速；

步骤3、对最优转速进行平滑滤波，得到平滑后的最优转速；

步骤4、限制平滑后最优转速的转速变化率，得到参考转速；

步骤5、根据参考转速、风轮转速和气动转矩，利用非线性动态反馈控制器计算得到参考电磁转矩。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明提出了一种基于限制参考转速变化率的转速跟踪目标优化方法，解决了转速跟踪目标与风机慢动态特性不匹配的问题；(2)本发明在保证风机跟踪效果的同时，有效提高了风能捕获效率。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的基于限制参考转速变化率的转速跟踪目标优化方法流程图。

图2为本发明有效性的仿真结果，其中图2(a)是本发明仿真得到的最优转速、参考转速和风轮实际转速；图2(b)传统方法仿真得到的最优转速和实际转速；图2(c)是本发明所提方法和传统方法的电磁转矩对比图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于限制参考转速变化率的转速跟踪目标优化方法，包括以下步骤：