[发明专利]一种考虑湍流频率因素的风力机最大功率点跟踪控制方法

摘要

本发明公开了一种能够考虑湍流频率因素的风力机MPPT控制方法，该方法基于收缩跟踪区间的功率曲线调整方式，采用响应面近似模型构建最佳起始转速与3种风速特征指标（平均风速、湍流强度、湍流频率）的函数关系，进而提出了能够更加全面响应湍流风况变化的改进功率信号反馈MPPT方法。本发明完善了MPPT方法对湍流风速特征的考虑，能够进一步改善风力机的MPPT性能，并且在面对变化的湍流风况时具有良好的适应性。

主权项

一种考虑湍流频率因素的风力机最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、设定风速采样周期Tw和起始转速更新周期Tr；初始化为风力机MPPT阶段的最低转速为ωbgn；步骤2、进入新采样周期Tw，读取风速测量值，并保存至风速采样值序列，该序列中采样到的风速测量值按照时间进行排列；步骤3、判定当前起始转速更新周期Tr是否结束，若结束，则跳至步骤4；否则，跳至步骤2；步骤4、确定风速采样值序列的平均值、湍流强度和湍流频率，代入响应面模型求得最佳起始转速的预估值，并将风力机MPPT阶段的起始转速ωbgn调整为该值，具体方法包括以下步骤：步骤4‑1、获取风力机参数和环境参数，所述风力机参数具体包括风轮半径R、最佳叶尖速比λopt、最大风能利用系数Cpmax，所述环境参数为空气密度ρ；步骤4‑2、采用湍流风速模拟方法，生成对应于不同风速特征指标的湍流风速序列，每种风速特征指标组合对应的风速序列数量均大于10，其中风速特征指标包括平均风速v、湍流强度TI和积分尺度L；步骤4‑3、确定步骤4‑2中每条风速序列的湍流频率ωeff，并在每条风速序列下对风力机进行仿真，遍历所有起始转速，确定所有起始转速下的风能捕获比率Pfavg，其中风能捕获比率Pfavg的最大值所对应的转速为最佳起始转速求取所述湍流频率ωeff所用公式为：ωeff=1σ1NΣ(|ΔvΔt|)2]]>式中，Δt为风速序列两个点之间的时间间隔，Δv为每个风速序列采样点与前一个点的风速的差值，σ为该条风速序列风速的标准差，N为一个统计时段内Δt的个数；求取所述风能捕获比率Pfavg的公式为：Pfavg=1nΣi=1nTe(i)·ω(i)1n0.5ρπR2Σi=1nv(i)3]]>式中，n为一个统计时段内的采样次数，Te为发电机电磁转矩，ω为发电机转速，v为风速值；步骤4‑4、针对步骤4‑2中每种风速特征指标组合，求取步骤4‑3中获得的风速序列平均风速的平均值、湍流强度TI的平均值和湍流频率ωeff的平均值以及对应的的平均值，构成一个样本数据；步骤4‑5、根据样本数据，通过最小二乘法求出最佳起始转速与湍流风速特征指标函数关系的参数，完成响应面模型的构建，具体为：ωbgnopt=f(v‾,TI,ωeff)=β0+β1v‾+β2TI+β3ωeff+β4v‾TI+β5v‾ωeff+β6TIωeff+β7v‾2+β8TI2+β9ωeff2]]>式中，β0～β9为响应面模型参数；步骤5、以步骤4确定的风力机MPPT阶段的起始转速ωbgn进入下一个更新周期Tr，清空风速采样值序列，之后执行步骤2。