[发明专利]基于起始转速自适应搜索的收缩跟踪区间控制方法

说明书

本发明公开了一种基于起始转速自适应搜索的收缩跟踪区间控制方法，针对传统收缩跟踪区间控制中采用固定起始转速无法适应湍流风况实时变化而难以取得良好跟踪效果的问题，该方法在原始收缩跟踪区间法的基础上，利用自适应搜索算法进行扰动观察、在线自适应地搜索最佳起始转速，在湍流风况变化过程中实现了最优起始转速的动态调整。通过自适应的搜索最优起始转速，根据实际风况调整风机动态特性，进一步提高了风机在较高风速下的风能捕获；本发明在变化的湍流风况下具有良好的适应性，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，具体涉及一种基于起始转速自适应搜索的收缩跟踪区间控制策略。

背景技术

目前，当风速高于切入风速且低于额定风速时，风电机组通常采用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制策略，旨在将风轮转速控制到最佳转速。在诸多MPPT实现方法中，最优转矩法(Optimal Torque,OT)因其原理简单、易于实现的特点而广泛应用。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，因此很难及时响应湍流风速的快速变化，导致风机跟踪不上最优转速，无法获得理论上的最佳风能利用系数，因而风机的风能捕获效率严重受限。

现有研究主要针对转速跟踪控制器的性能提升，一种提高大转动惯量风机动态性能的方式是增大不平衡转矩，其实现方法有：1)减小转矩增益控制，通过减小增益系数而增强了风机在渐强风速段的加速性能；2)自适应转矩控制，同样也是减小了增益系数，但差异在于自适应转矩控制的系数并非固定不变，可由算法寻找最优值；3)最优转子跟踪控制，在控制效果上继承了减小转矩增益控制对加速性能的提高，同时也增强了减速性能。

上述几种方法均是增大了风机的不平衡转矩，从而提高了风机的加速度，然而除此之外，还可以通过缩短风机对最优转速的跟踪路程来优化其动态性能，收缩跟踪区间(Effective Tracking Range,ETR)的方法由此而来。

进一步研究发现，最优起始转速的设定受到平均风速、湍流强度和湍流频率的影响而呈现动态变化。传统收缩跟踪区间控制中采用固定的起始转速，显然不能适应这种实时变化，难以取得良好的跟踪效果。同时，目前对于起始转速的整定多是采用遍历方法，遍历过程中需要用到大量的数据计算。因此需要改进收缩跟踪区间法，提高风机在湍流风况下的适应性。

发明内容

本发明的目前在于提供一种基于起始转速自适应搜索的收缩跟踪区间控制方法，利用自适应搜索算法进行扰动观察、在线自适应地搜索最佳起始转速，在湍流风况变化过程中实现了最优起始转速的动态调整，进一步提高了风机在较高风速下的风能捕获，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：一种基于起始转速自适应搜索的收缩跟踪区间控制方法，包括以下步骤：

步骤1、给定初始起始转速ω_bgn，计算出一个搜索周期T内平均风能捕获效率P_favg；

步骤2、计算起始转速变化量Δω_bgn，更新起始转速ω_bgn；

步骤3、运行并在线计算周期T内的平均风能捕获效率P_favg及增量ΔP_favg；

步骤4、若捕获效率增量ΔP_favg＞0，则继续向相同方向改变Δω_bgn，反之向相反方向改变Δω_bgn；

步骤5、待当前运行周期结束后，跳至步骤2。