变速变桨风力发电机组基于最优阻力矩跟踪的最大功率追踪控制方法

摘要

本发明公开一种变速变桨风力发电机组基于传动系统传动特性补偿控制的最大功率追踪控制方法。该方法通过在主轴低速端与轮毂连接处安装转矩传感器并将检测的阻力矩反馈实现最优阻力矩闭环控制，有效的使轮毂与主轴低速轴连接处阻力矩跟踪最优阻力矩变化曲线。基于该方法实现的最大功率追踪控制方法相对传统的自寻优控制算法有效的对传动系统的非理想传动特性进行了补偿控制，同时有效的消除了由于风速的随机性和不确定性对最优阻力矩的动态影响，成功的解决了传统的自寻优控制算法进行最大功率追踪时难以准确跟踪最优阻力矩跟踪的情况，有效的提升了风轮的最大功率追踪能力。

主权项

变速变桨风力发电机组基于最优阻力矩跟踪的最大功率追踪控制方法，其特征是该方法基于对风力发电机组传动系统的传动特性进行补偿控制，通过闭环控制方式实现低于额定风速以下轮毂与主轴低速轴连接处最优阻力矩跟踪，实现风轮风能吸收最大功率追踪控制；传动系统可以等效为低速轴和高速轴两质量块环节，按照以下方法建模：$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{d\omega }}_b}{\mathrm{dt}}=\frac{T_b}{J_b}-\frac{T}{J_b}\\ \frac{{\mathrm{d\omega }}_g}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{\eta T}}{{\mathrm{NJ}}_g}-\frac{T_e}{J_g}\\ \frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}=K({\omega }_b-\frac{{\omega }_g}{N})+B(\frac{{\mathrm{d\omega }}_b}{\mathrm{dt}}-\frac{1}{N}\frac{{\mathrm{d\omega }}_g}{\mathrm{dt}})\end{array}\right.$式中ω_b表示低速轴转速；T_b表示风轮气动力矩；J_b表示低速轴转动惯量；T表示轮毂与主轴低速轴连接处与旋转方向相反的阻力矩；ω_g表示高速轴转速；J_g表示高速轴转动惯量；T_e表示发电机电磁力矩；N表示传动系统增速比；η表示传动系统传动效率；K表示传动系统等效到低速轴刚性系数；B表示传动系统等效到低速轴阻尼系数；设状态变量为$x=\left[\begin{array}{c}{\omega }_b\\ {\omega }_g\\ T\end{array}\right],$输入变量为$u=\left[\begin{array}{c}{T}_b\\ T_e\end{array}\right],$输出为y＝T，则传动系表示为一个三阶模型：其中$J_t=\frac{N^2{J}_g}{\eta }$J_t表示低速轴等效到高速轴后的转动惯量；则系统传递函数表示为：$\left\{\begin{array}{c}y\left(s\right)=[G_1\left(s\right),G_2\left(s\right)]u\left(s\right)\\ G_1\left(s\right)=\frac{{\mathrm{BJ}}_{t}s+{\mathrm{KJ}}_t}{J_b{J}_t{s}^2+B(J_b+J_t)s+K(J_b+J_t)}\\ G_2\left(s\right)=\frac{{\mathrm{BJ}}_b{J}_{t}s+{\mathrm{KJ}}_b{J}_t}{{\mathrm{NJ}}_g{J}_b{J}_t{s}^2+{\mathrm{BNJ}}_g(J_b+J_t)s+{\mathrm{KNJ}}_g(J_b+J_t)}\end{array}\right.$