[发明专利]风力发电最大功率点跟踪的改进自适应转矩控制方法

摘要

本发明提出一种实现风力发电最大功率点跟踪的改进自适应转矩控制方法。传统自适应转矩控制是为改善风机跟踪性能而提出的一种基于自适应搜索算法的最大功率点跟踪控制方法，其搜索的目标值为对应风速下的最佳转矩增益系数。该方法由于受到风速变化的干扰而使搜索值偏离最佳转矩增益系数，不能获得对应风速下的最大风能捕获效率。本发明针对该问题提出一种改进自适应转矩控制方法，根据最佳转矩增益系数与风速条件的统计关系，设置转矩增益系数的搜索范围，以此剔除搜索过程中偏离最佳转矩增益系数的异常值，使输出结果更接近最佳值，从而获得更高的风能捕获效率。

主权项

风力发电最大功率点跟踪的改进自适应转矩控制方法，其特征在于，采用自适应转矩控制方法，通过自适应搜索算法优化发电机的电磁制动转矩增益系数来实现最大功率点跟踪控制，所述自适应转矩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<ωbgnρMk+1ω2ω≥ωbgn---(3)]]>上式中，J为转动惯量，Tm为风轮的气动驱动转矩，Te为电磁制动转矩，v为风速，ω为风轮的角速度，为风轮角加速度，ρ为空气密度，R为风轮半径，CP为风能利用系数，λ＝ωR/v是叶尖速比，ωbgn为起始发电转速即起始转速，M为转矩增益，k为迭代次数，Mk+1为第k+1次迭代搜索获得的转矩增益，其中Mk+1的周期性调整包括以下步骤：S1、确定转矩增益系数Kd的取值范围以及最大功率点跟踪风速范围内所有最佳转矩增益系数的平均值Kavg；S2、初始化转矩增益，先对转矩增益更新周期Tr和风速的采样周期Tc进行设置，然后令k＝0，转矩增益初始值M0设为默认转矩增益Md，再按如下公式调整电磁制动转矩，Te(ω)=0ω<ωbgnρM0ω2ω≥ωbgn---(4),]]>本周期结束时计算平均风能利用率ηavg，具体计算方法如下：ηavg=1nΣi=1nPcap(i)1nΣi=1nPwy(i)Pcap=Te(ω)ω+Jωω.Pwy=0.5ρπR2v3cos3ψ---(5);]]>其中，n为每次迭代的更新周期Tr内的风速采样次数；ψ为偏航误差角，Pcap为实际功率，Pwy为功率最优值；然后，再给定转矩增益初始增量△M1，并根据如下公式计算下一周期的转矩增益，Mk+1＝Mk+△Mk+1    (6)；S3、令k＝k+1，以更新的转矩增益进入第k次迭代周期，并以更新后的转矩增益按式(3)调整电磁制动转矩，结束后按式(5)计算该周期内对应的平均风能利用率；S4、根据公式(7)计算下一周期的转矩增益Mk+1，其中ηavgk为第k次迭代周期的平均风能利用率，γ△M为转矩增益的调整系数，△Mk+1为用于调整转矩增益的搜索步长，Mk+1=Mk+ΔMk+1ΔMk+1=γΔMsign[ΔMk]sign[Δηavgk]|Δηavgk|ΔMk=Mk-Mk-1Δηavgk=ηavgk-ηavgk-1---(7);]]>S5、根据公式(8)计算转矩增益系数Kd，判断其是否满足Kdmin≤Kd≤Kdmax，若满足，则以当前计算获得的作为下一周期的转矩增益，然后返回步骤S3，否则跳至步骤S6，Kd=Mk+1/MdMd=0.5πR5Cpmaxλopt3---(8)]]>上式中Md为默认转矩增益，λopt为最佳叶尖速比，为最大风能利用系数；S6、令Mk+1＝Kavg*Md，以该Mk+1作为下一周期的转矩增益，返回步骤S3。