[发明专利]一种考虑变化湍流风况的风力机自适应转矩控制方法

摘要

本发明公开了一种考虑变化湍流风况的风力机自适应转矩控制方法，该方法基于风力机自适应转矩控制方法，通过引入动态功率损失指标完善了自适应转矩控制方法的自适应搜索过程，消除了由湍流风况变化导致的算法失效现象，进而提出了能够考虑变化湍流风况的风力机自适应转矩控制方法。本发明完善了风力机自适应转矩控制方法自适应搜索算法，面对变化的湍流风况时能够具有良好的适应性，并且进一步改善了风力机的风能捕获效率。

主权项

1.一种考虑变化湍流风况的风力机自适应转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对第1、2个迭代周期的转矩增益系数进行初始化，并计算相应周期的平均风能捕获效率Pfavg和功率损失量Ploss的值；具体步骤为：步骤1‑1、第一个迭代周期即k＝1时：设置初始转矩增益系数为Kd(1)，并在运行周期结束时，计算第一个周期的平均风能捕获效率Pfavg(1)和第一个周期的功率损失量Ploss(1),其中，Kopt为最优转矩增益系数，其计算公式为式中，ρ为空气密度，R为风力机风轮半径，为最佳叶尖速对应的风机风能捕获系数的最大值，λ_opt为最佳叶尖速比；第一个周期的平均风能捕获效率Pfavg(1)和第一个周期的功率损失量Ploss(1)的计算公式分别为：式中，n为一个运行周期内的采样次数，T_em为发电机电磁转矩，J_t为风力机的总转动惯量，为风轮加速度，v为风速值，ψ为偏航误差；式中，Δt为风速的采样间隔，Δv为风速变化值，ω_rated和T_rated为额定风轮转速和额定风速v_rated下的气动转矩，τ为风轮时间常数，为平均风速，σ为湍流标准差，ω_eff为湍流频率；步骤1‑2、第二个迭代周期即k＝2时：利用K_d的初始扰动量为获得并在运行周期结束时，计算第二个周期的平均风能捕获效率P_favg(2)和第二个周期的功率损失量P_loss(2)，其计算公式分别为：步骤2、设置迭代周期k＝k+1，并进入下一个迭代周期；步骤3、在第k周期的开始时，确定代表湍流状况的变化趋势的变量η_loss值，若η_loss超过其阈值则设ΔK_d(k)＝0，并进入步骤5，否则，进入步骤4；其中，变量η_loss的计算方法为：步骤4、判断ΔKd(k‑1)是否等于0，若ΔKd(k‑1)≠0，则计算确定ΔKd(k)，否则继续开始自适应搜索，并设置ΔKd(k)＝ΔKdini，其中ΔKdini为初始扰动量；其中，ΔKd(k)的计算公式为：ΔKd(k)＝γsign[ΔKd(k‑1)]sign[Pfavg(k‑1)‑Pfavg(k‑2)]|Pfavg(k‑1)‑Pfavg(k‑2)|1/2式中，γ为搜索步长，Pfavg(k)为第k周期的平均风能捕获效率；步骤5、设置转矩增益值Kd(k)＝Kd(k‑1)+ΔKd(k)；步骤6、利用转矩增益值为Kd(k)的控制器控制风力机进行第k周期的运行，同时，估计实时风速和测量发电机转速并储存，获得电磁转矩Tem；步骤7、判断第k周期是否运行结束，若结束，利用估计的风速和测量的发电机转矩、转速计算得到平均风能捕获效率Pfavg(k)和功率损失量Ploss(k)，并进入步骤2；否则，继续运行。