双馈风力发电机双重效率模糊优化的控制方法

摘要

一种双馈风力发电机双重效率模糊优化的控制方法，其改进在于：开始并网发电后、风力发电机达到允许最高转速之前，先采用最大风能追踪控制对风力发电机进行控制，在最大风能追踪控制过程中，将控制模式适时切换至最优无功搜索控制，从而实现对发电机运行效率的双重优化；本发明的有益技术效果是：在最大风能追踪过程中，可通过改变模糊推理规则表的输入变量的量化因子，提高模糊推理规则表的搜索精度，避免出现调节死区，提高风力发电机对风能的利用率；在最优无功追踪过程中，可有效抑制颤振、提高搜索精度，减小风力发电机的自身损耗，提高有功输出。

主权项

一种双馈风力发电机双重效率模糊优化的控制方法，包括采用双馈控制系统控制的风力发电机；当风速大于或等于切入风速时，风力发电机并网发电，随着风速的增大，当风力发电机达到允许最高转速时，进入恒转速发电状态，其特征在于：开始并网发电后、风力发电机达到允许最高转速之前，采用如下控制方法对风力发电机进行控制：风力发电机刚开始并网发电时，先按如下方法进行最大风能追踪控制：1)当风速大于或等于切入风速时，风力发电机并网发电，对风力发电机的转速和有功功率进行连续采样，每个采样周期内，对转速的变化值和有功功率的变化值进行计算；设单个采样周期内记录到的转速变化值为Δω_ri，单个采样周期内记录到的有功功率变化值为Δp_ei，i为采样次数，i＝1、2、3、4…n；设Δω_r1和Δp_e1均为正值；2)第二采样周期中，将Lp_e1和Δω_r1作为第一模糊推理规则表的两个输入变量，根据第一模糊推理规则表获得理论转速变化值，根据理论转速变化值计算出风力发电机的优化转速值，双馈控制系统根据优化转速值对风力发电机转速进行调节；进入步骤3)；第二采样周期也即形成第一控制周期；其中，Lp_e1为对应k_p和Δp_e1的有功功率输入变量，Lp_e1＝k_p·Δp_e1，k_p为对应Δp_ei的输入变量量化因子；3)在与第一控制周期相应的后续控制周期中，将当前的Lp_ei和前一控制周期中获得的理论转速变化值作为第一模糊推理规则表的两个输入变量，根据第一模糊推理规则表获得理论转速变化值，根据理论转速变化值计算出风力发电机的优化转速值；双馈控制系统根据对应的优化转速值对风力发电机转速进行连续、动态调节；进入步骤4)；其中，Lp_ei＝k_p·Δp_ei；Lp_ei为对应k_p和Δp_ei的有功功率输入变量；4)在步骤3)的控制过程中，将当前采样周期对应的Δω_ri的绝对值|Δω_ri|与Δω_r1/k₁进行实时比较：若|Δω_ri|大于Δω_r1/k₁，则返回步骤3)；若|Δω_ri|小于或等于Δω_r1/k₁，则进入步骤5)；其中，k₁为根据经验数据获得的调节因子，k₁在2.5～3.5之间取值；5)将当前的Lp_ei^*和前一控制周期中获得的理论转速变化值作为第一模糊推理规则表的两个输入变量，根据第一模糊推理规则表获得理论转速变化值，根据理论转速变化值计算出风力发电机的优化转速值；双馈控制系统根据对应的优化转速值对风力发电机转速进行连续、动态调节；进入步骤6)；其中，Lp_ei^*＝Δp_ei·k_y，Lp_ei^*为对应k_y和Δp_ei的有功功率输入变量，k_y＝k_p·k₁；k_y为调节后的对应Δp_ei的输入变量量化因子；6)将当前采样周期对应的|Δω_ri|与ε_wmin进行实时比较：若|Δω_ri|大于或等于ε_wmin，则返回步骤5)；若|Δω_ri|小于ε_wmin，则由最大风能追踪控制切换至最优无功搜索控制；其中，ε_wmin为对应最大风能追踪控制的临界切换值；进入最优无功搜索控制后，按如下步骤进行控制：1]对风力发电机的无功功率和有功功率进行连续采样，每个无功功率采样周期内，对无功功率的变化值和有功功率的变化值进行计算；设单个无功功率采样周期内记录到的无功功率变化值为ΔQ_sv，单个无功功率采样周期内记录到的有功功率变化值为Δp_v，v为采样次数，v＝1、2、3、4…n；2]第二无功功率采样周期中，将ΔQ_s1和Δf₁作为第二模糊推理规则表的两个输入变量，根据第二模糊推理规则表获得理论无功变化值，根据理论无功变化值计算出风力发电机的优化无功功率值，双馈控制系统根据优化无功功率值对风力发电机的无功功率进行调节；进入步骤3]；第二无功功率采样周期也即形成第一无功控制周期；其中，Δf₁为对应Δp₁的有功功率输入变量，Δf₁＝‑Δp₁·k_f，k_f为对应Δp_v的输入变量量化因子；3]后续无功控制周期中，将当前Δf_v和前一无功控制周期中获得的理论无功变化值作为第二模糊推理规则表的两个输入变量，根据第二模糊推理规则表获得理论无功变化值，根据理论无功变化值计算出风力发电机的优化无功功率值，双馈控制系统根据优化无功功率值对风力发电机的无功功率进行连续、动态调节；进入步骤4]；其中，Δf_v为对应Δp_v的有功功率输入变量，Δf_v＝‑Δp_v·k_f；4]在步骤3]的控制过程中，每个无功控制周期内都将当前ΔQ_sv的绝对值|ΔQ_sv|与k₂·|ΔQ_s1|进行实时比较：若|ΔQ_sv|大于k₂·|ΔQ_s1|，则继续将Δp_v的绝对值|Δp_v|与ε_w1进行比较：若|Δp_v|大于ε_w1，则停止最优无功搜索控制，同时，双馈控制系统根据设定的无功功率额定值对风力发电机的无功功率进行调节，并切换至最大风能追踪控制；若|Δp_v|≤ε_w1，则返回步骤3]；若|ΔQ_sv|小于或等于k₂·|ΔQ_s1|，则进入步骤5]；其中，k₂为根据经验数据获得的调节因子，k₂在0.3～0.4之间取值；5]将当前Δf_v和前一无功控制周期中获得的理论无功变化值作为第三模糊推理规则表的两个输入变量，根据第三模糊推理规则表获得理论无功变化值，根据理论无功变化值计算出风力发电机的优化无功功率值，双馈控制系统根据优化无功功率值对风力发电机的无功功率进行连续、动态调节；进入步骤6]；6]在步骤5]的控制过程中，每个无功控制周期内都将|Δp_v|与ε_w1进行实时比较：若满足|Δp_v|＞ε_w1的条件，则停止最优无功搜索控制，同时，双馈控制系统根据设定的无功功率额定值对风力发电机的无功功率进行调节，并切换至最大风能追踪控制；若满足|Δp_v|≤ε_w1的条件，则返回步骤5]；其中，ε_w1为对应最优无功搜索控制的临界切换值。