一种基于风机有效跟踪区间的改进最大功率跟踪控制方法

摘要

本发明提出一种基于风机有效跟踪区间的改进最大功率点跟踪控制方法。该方法以基于收缩跟踪区间的最优转矩控制方法为基础，通过寻找转速的有效跟踪区间及其对应的最佳起始转速来实现最大功率点跟踪控制。本发明给出了根据风能集中分布区确定风速有效跟踪区间的方法，以及根据该有效跟踪区间确定风机转速有效跟踪区间和最佳起始发电转速的方法，实现了对风能捕获效率的进一步提高。这种方法的优点在于，不仅能够使风能捕获始终围绕风能集中的区域，还可以随风速条件的变化迅速并周期性地优化转速的跟踪区间。本发明的实施例将该方法与自适应转矩控制方法进行对比，验证了该方法的有效性和先进性。

主权项

1.一种基于风机有效跟踪区间的改进最大功率跟踪控制方法，其特征在于，以基于收缩跟踪区间的最优转矩控制方法为基础，通过跟踪风能集中分布区，周期性地调整风机有效跟踪区间及起始发电转速，从而实现最大功率点跟踪控制，所述基于收缩跟踪区间的最优转矩控制方法所用公式为：$M\stackrel{.}{\omega }=T_m(v,\omega )-T_e\left(\omega \right)$$T_m(v,\omega )=\frac{0.5\mathrm{\rho \pi }{R}^5{C}_p\left(\lambda \right)}{{\lambda }^3}{\omega }^2$$T_e\left(\omega \right)=\left\{\begin{array}{cc}0& \omega <{\omega }_{\mathrm{bgn}}\\ T_{\mathrm{opt}}& \omega >{\omega }_{\mathrm{bgn}}\end{array}\right.$上式中，M为转动惯量，T_m为风轮的机械驱动转矩，T_e为电磁制动转矩，v为风速，ω为风轮的角速度，为风轮角加速度，ρ为空气密度，R为风轮半径，C_P为风能利用系数，λ=ωR/v是叶尖速比，ω_bgn为起始发电转速即起始转速，T_opt为风机的最优转矩曲线，具体为：T_opt(ω)=K_mω²$K_m\frac{0.5\mathrm{\rho \pi }{R}^5{C}_p^{\max }}{{\lambda }_{\mathrm{out}}^3}$上式中为最大风能利用系数，λ_opt为最佳叶尖速比，K_m近似为常数；其中周期性地调整风机有效跟踪区间及起始发电转速具体为：步骤1、对系统进行初始化，设置起始转速更新周期ΔT_r和风速采样周期Δt_w,将ω_bgn初始化为切入风速对应的最佳风轮转速ω_opt；步骤2、开始一个新的起始转速更新周期，重新设定更新周期计时器t_r为0,在每个更新周期清空风速采样值序列；步骤3、在新的采样周期，测量风速，把它记录到风速采样值序列，更新周期计时器t_r以风速采样周期Δt_w为步长递增；步骤4、判断当前更新周期是否结束：若t_r≥ΔT_r，则跳至步骤5；否则，跳至步骤3步骤5、根据风速采样序列仓的方法估算起始转速ω_bgn，更新ω_bgn为估算起始转速，之后执行步骤2。