[发明专利]综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法

说明书

本发明公开了一种综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，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，该方法将风机传统最优转矩曲线法的两种改进方法——收缩跟踪区间法与减小转矩增益法联合优化，进一步优化最优转矩法。减小跟踪路程的收缩跟踪区间控制与提高风轮转速加速性能的减小转矩增益控制，此两种方法因为改进机理的不同而互不影响，甚至共同起到促进作用；本发明中二者的联合使风机获得更高的风能捕获效率，进一步优化风机的动态性能。

技术领域

本发明属于风机控制领域，具体涉及一种综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法。

背景技术

目前，变速恒频风力发电机组已经广泛应用到实际风机中。风能的捕获不仅与风机的机械特性有关，还与其所采用的控制方法有关。由风机的气动特性可知，风轮的气动功率与风速之间存在正相关性，恒风速情况下，风机气动功率与风轮转速之间存在一种单峰特性，即固定风速对应单一的最优转速，运行在该工况下的风机能够最大化的捕获风能。为此，最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制被提出，通过调节风机转速跟踪上当前的风速变化，使其运行于最大功率点。在诸多MPPT控制策略中，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。

最优转矩法通过采集发电机侧实时转速，据此给定电磁转矩的参考值，使风机保持在最优转速运行。此方法无需直接测量风速，也不需要知道风力机的准确参数，避免了测量过程中存在的困难和误差，因而实用价值较高。但传统的最优转矩法在控制上仍存在不足之处。实际风机的转动惯量很大，由此导致的风轮慢动态特性，将使得风轮转速难以跟踪上快速变化的风速，因而风机转速难以反映风速的实时变化特性。此外，最优转矩法一般是基于稳态系统设计，最优转矩的定义忽略了风轮在不同稳态工作点间跟踪的动态过程。而风速又具有很强的随机性，频繁波动中的风速在短时间内难以预测，因此最优转矩法控制下的风机大部分时间都处于一个动态的过程，并不是运行在最佳功率点。

目前，基于最优转矩法的改进主要针对两个角度，动态性能的提高和跟踪区间的缩短。一方面，提高动态性能的减小转矩增益(Decrease Torque Gain,DTG)控制，通过减小增益系数增大了风机加速时的不平衡转矩，增强了风机的加速性能。另一方面，缩短跟踪路程的收缩跟踪区间(Effective Tracking Range,ETR)控制，通过整定风机的起始转速，进一步提高风机的跟踪性能。但是，两种控制方法在改进效果上各自存在极限，因此在风机最大风能捕获效率的提升问题上仍存在可以改进的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，考虑到单一的控制方法在改进效果上存在极限，本发明基于不同机理的控制方法可以相结合的思路，提出了减小转矩增益和收缩跟踪区间的联合优化方法，同时对最优转矩法的跟踪区间和加速性能做出改进，从而使风机能够在变化的湍流风况下获得更优的动态性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，包括以下步骤：

步骤1、给定初始起始转速ω_bgn和增益系数K_d；

步骤2、根据转速信号ω选择控制方式，当ω≥ω_bgn时，选择综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，即ETR-DTG控制；当ω＜ω_bgn时，保持起始转速不变；

步骤3、判断运行是否结束，若没有结束，跳至步骤2。