[发明专利]基于变系数转矩控制的风力机最大功率点跟踪控制方法

摘要

本发明提出一种基于变系数转矩控制的风力机最大功率点跟踪控制方法，其特征在于该方法以传统功率曲线法为基础，在调整电磁转矩时在最优转矩前乘以可调的增益系数以获得更高的风能捕获效率；其中，增益系数的调整方法为以最佳增益系数与风速特征的统计关系为基础，获取它们的拟合表达式，以该表达式周期性调整增益系数。本发明的方法能够使增益系数在不同的风速条件下始终保持或接近最佳增益系数，使获得的增益系数能更好地反映风速条件以及风能分布特性，并能及时根据风速条件改善风力机的跟踪性能，以尽可能地获得最大风能捕获效率；且该方法在调整系数时仅需要测量迭代周期内采样风速的湍流强度，所需信息少，非常简单易行。

主权项

一种基于变系数转矩控制的风力机最大功率点跟踪控制方法，其特征在于：在功率曲线法的基础上，根据风速条件周期性调整电磁转矩增益系数来实现最大功率点跟踪控制，该基于变系数转矩控制的风力机最大功率点跟踪控制方法所用公式为：Jω·=Tm(v,ω)-Te(ω)---(1)]]>Tm(v,ω)=0.5ρπR5Cp(λ)λ3ω2---(2)]]>Te(ω)=0ω≤ωbgnKd(k+1)Topt(ω)ω>ωbgn---(3)]]>Kd(k+1)＝a*Ti(k)+b        (4)式(1)‑式(4)中，J为转动惯量，Tm为风力机的气动驱动转矩，Te为电磁转矩，v为风速，ω为风力机的角速度，为风力机角加速度，ρ为空气密度，R为风力机半径，CP为风能利用系数，λ＝ωR/v是叶尖速比，ωbgn为起始发电转速，Kd为电磁转矩增益系数或简称为增益系数，k为迭代次数，Kd(k+1)为第k+1次迭代获得的增益系数，a和b为Kd的调整系数，Ti为迭代周期内风速的湍流强度，Ti(k)为第k次迭代周期内风速的湍流强度，Topt(ω)为风力机最优转矩，其所用公式为：Topt(ω)=0.5ρπR5Cpmaxλopt3ω2---(5)]]>式(5)中λopt为最佳叶尖速比，为最大风能利用系数；增益系数Kd(k+1)的周期性调整包括以下步骤：S1、初始化：设定风速采样周期Tw和增益系数更新周期Tk，清空风速采样值序列W，设定初始增益系数Kd(0)；S2、计算获得增益系数Kd的调整系数a和b；S3、令k＝k+1，进入新的控制周期，以周期Tw对风速进行采样，采样持续时长为增益系数更新周期Tk，将采样值存储于风速序列W；S4、按式(6)计算风速序列W的湍流强度；Ti(k)＝σ(k)/vavg(k)      (6)式(6)中，σ为风速采样值的标准差，vavg为采样值的平均风速；S5、根据计算获得的Ti(k)更新增益系数，即按式(4)计算下一控制周期的Kd(k+1)，然后返回步骤S3；所述步骤S2计算获得增益系数Kd的调整系数a和b的方法为：根据最佳增益系数Kdopt与平均风速vavg和湍流强度Ti的统计关系，应用最小二乘法拟合获得Kd的调整系数a和b，该过程具体包括以下步骤：S21、根据风场的风速数据分别确定平均风速vavg和湍流强度Ti的取值范围以及取值间隔，根据上述取值范围、取值间隔构造用于统计分析的风速样本集合Wa(vavg,Ti)n，其中n为(vavg,Ti)取值组合的总数；S22、采用遍历算法获得风力机对应于每组(vavg,Ti)取值组合的风速样本的最佳增益系数Kdopt，即可获得Kdopt与vavg、Ti的统计关系；S23、将Kdopt与vavg、Ti的统计关系简化为Kdopt与Ti的统计关系；S24、采用最小二乘法对简化后的Kdopt与Ti的统计关系进行线性拟合获得调整系数a和b；步骤S23将Kdopt与vavg、Ti的统计关系简化为Kdopt与Ti的统计关系的过程为：将具有相同Ti、不同vavg的(vavg,Ti)组合对应的所有Kdopt列出，以Ti为单位分别求取每个Ti下所有vavg对应的Kdopt的平均值将上述过程中每个Ti所对应获得的平均值作为该Ti对应的Kdopt。