一种电磁转矩补偿实现最大风能快速平稳跟踪的控制方法

摘要

本发明公开了一种电磁转矩补偿实现风力机最大风能快速平稳跟踪的控制方法，通过电磁转矩补偿控制转子响应速度，从而实现风力机最大风能快速平稳的跟踪。对于转矩补偿环节的设计过程是这样的：首先，由于稳态时电磁转矩须对应于最佳转矩曲线在当前转速下的值，故初步确定了电磁转矩补偿环节的函数形式然后运用小信号分析法和拉普拉斯变换得出从而确定转子响应速度与风速的函数关系；接着根据转子响应速度与风速的关系设计电磁转矩补偿环节中补偿系数K_c的数学表达式以消除风速V_m对转子响应速度影响；最后在消除了风速对转子响应速度影响的基础上通过仿真确定补偿系数数学表达式中参数的值，使转子响应速度达到一个合适的值。

主权项

一种电磁转矩补偿实现最大风能快速平稳跟踪的控制方法，其特征在于：该方法在传统的基于最佳转矩法的最大风能跟踪控制系统中添加了电磁转矩补偿环节，第一步：初步确定电磁转矩补偿环节的函数形式其中：K_c为转矩补偿系数，T_m为原动机输入的机械转矩，为电磁转矩初步给定值，使电磁转矩给定值经补偿后由变为$T_e^{\prime *}=T_e^{*}-K_c*(T_m-T_e^{*});$第二步：结合风力机气动方程P_m＝0.5ρπR²C_p(ω,V_m)V_m³和发电机的运动方程以及最优转矩曲线T_e＝k_optω²推导出函数关系式中：P_m为风力机输出机械功率，ρ为空气密度，R为风力机风轮半径，V_m为风速，ω为风轮转速，是风轮转速对时间的导数，C_p为风能利用系数，J为转动惯量，T_m为原动机机械转矩，T_e为电机的电磁转矩，k_opt为决定于风力机设计的常数，为运用小信号分析法和拉普拉斯变换对进行处理，从而确定转子响应速度与风速的函数关系式中：s为拉普拉斯运算子，a₁为传递函数极点，它是关于V_m的正比例函数，a₂为传递函数增益，它也是关于V_m的正比例函数；接着用补偿后的电磁转矩T′_e＝T_e‑K_c*(T_m‑T_e)代替电机运动方程中的T_e，数值上采用与上述相同的方法得到响应速度与风速的函数关系式中a′₁为传递函数极点，表达式为a′₁＝a₁(K_c+1)，a′₂为传递函数增益，表达式为a′₂＝a₂(K_c+1)，将电磁转矩补偿环节中补偿系数K_c的数学表达式设定为式中：k为常数；第三步：在消除了风速对转子响应速度影响的基础上，在以风机的切入风速和切出风速为区间端点的区间内对k进行试值，观察转速及风机输出转矩在各个风速下的仿真波形，通过比较选取一个在各个风速下都能使转速响应达到较好快速性同时使输出转矩有较高平稳性的值，作为k的最终确定值。