[发明专利]一种提升多机型风力机性能的最大功率点跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种提升多机型风力机性能的最大功率点跟踪控制方法，该方法应用减小电磁转矩增益控制方法来实现最大功率点跟踪控制，根据风力机参数中的转动惯量来设置电磁转矩增益系数，其所用公式为：K_d＝1‑α×J，且根据电磁转矩增益系数K_d和转动惯量J的上限值、下限值来确定电磁转矩增益系数K_d的调整系数α。本发明的改进方法根据风力机的转动惯量动态设定电磁转矩增益系数，能够改善多机型风力机的风能捕获效率，具有良好的适应性；同时将电磁转矩增益系数限定在最佳电磁转矩增益系数附近，从而使风力机获得更高的风能捕获效率；且该控制方法仅依赖风力机转动惯量这一风力机参数，无需复杂的迭代计算，简便易行。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体地说是一种提升多机型风力机性能的最大功率点跟踪控制方法。

背景技术

为了提高低于额定风速区间的风能捕获效率，变速恒频风力发电机组一般采用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)控制策略。为了改善风力机的动态性能，美国国家可再生能源实验室的Johnson K.E.等人提出了减小电磁转矩增益(Decreased Torque Gain，DTG)控制，该控制方法通过设置发电机电磁转矩增益系数，以减小发电机电磁转矩来提高风力机在跟踪渐强阵风时的加速性能。

电磁转矩增益系数的设置将决定风力机的风能捕获效率，然而该系数与风力机转动惯量关系密切。研究表明，对于某一固定的风力机转动惯量，存在最佳电磁转矩增益系数使其风能捕获效率最大，而且不同的转动惯量具有不同的最佳电磁转矩增益系数，换言之，电磁转矩增益系数应随风力机转动惯量的变化而变化，因而采用固定的电磁转矩增益系数是不合理的。此外，某一地区或某一风电场内，实际采用的风力机型号较多，因此采用固定的电磁转矩增益系数并不能使所有风力机均达到最优的控制效果。

综上所述，根据不同机型动态设置电磁转矩增益系数，对于提升多机型风力机风能捕获效率十分必要。目前对于该方面的研究尚未见报道。

发明内容

本发明针对固定电磁转矩增益系数的控制方法难以适应多机型风力机最大功率点跟踪控制需求的问题，提供一种提升多机型风力机性能的最大功率点跟踪控制方法；具体而言，当某一地区采用不同型号的风力机时，该方法均能很好的适应各种机型以提升风力机的风能捕获效率。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种提升多机型风力机性能的最大功率点跟踪控制方法，其特征在于：应用减小电磁转矩增益控制方法来实现最大功率点跟踪控制，该方法所用的公式为：

式(1)和式(2)为风力机数学模型，式(3)和式(4)为最大功率点跟踪控制策略；式中：J为转动惯量，T_m(v,ω)为风力机的机械转矩，T_e(ω)为发电机电磁转矩，v为风速，ω为风力机转速，为风力机角加速度，ρ为空气密度，R为风力机半径，C_p(λ)为风能利用系数，λ＝ωR/v是叶尖速比，ω_bgn为起始发电转速，K_d为电磁转矩增益系数，T_opt(ω)为风力机最优转矩，λ_opt为最佳叶尖速比，为最大风能利用系数；

根据风力机参数中的转动惯量来设置电磁转矩增益系数，其所用公式为：

K_d＝1-α×J (5)