变速恒频风力发电机动态最优能量捕获方法

摘要

本发明涉及一种变速恒频风力发电机动态最优能量捕获方法，包括风轮气动转矩测量计算方法和动态最优能量捕获调节方法两部分，风轮气动转矩测量计算方法是：在低速轴两端安装扭转角度测量仪，实时测量出低速轴的扭转角度，将低速轴的扭转刚度和扭转阻尼系数测量出来，根据低速轴的这两个参数以及实时测量的低速轴的扭转角度，可以实时测量计算出低速轴的扭转力矩，根据低速轴的扭转力矩和风轮转速的变化计算出瞬时风轮的气动转矩，所述动态最优能量捕获调节方法是根据测量计算出的瞬时风轮的气动转矩以及功率的变化梯度计算出最优能量捕获转矩，施加到发电机轴上，该发电机轴上转矩再通过齿轮箱施加到低速轴，从而调节风轮转速，使风轮达到最优能量捕获状态。

主权项

1、一种变速恒频风力发电机动态最优能量捕获方法，其特征在于所述方法包括风轮气动转矩测量计算方法和动态最优能量捕获调节方法两部分，所述的风轮气动转矩测量计算方法是：在低速轴两端安装扭转角度测量仪，该测量仪测量低速轴在工作状态下，实时测量出低速轴的扭转角度，扭转角度以弧度为单位，低速轴在锻造的时候通过做实验的方法将低速轴的扭转刚度和扭转阻尼系数测量出来，根据低速轴的这两个参数以及实时测量的低速轴的扭转角度，可以实时测量计算出低速轴的扭转力矩，根据低速轴的扭转力矩和风轮转速的变化计算出瞬时风轮的气动转矩，所述动态最优能量捕获调节方法是根据测量计算出的瞬时风轮的气动转矩以及功率的变化梯度计算出最优能量捕获转矩，施加到发电机轴上，该发电机轴上转矩再通过齿轮箱施加到低速轴，从而调节风轮转速，使风轮达到最优能量捕获状态，具体计算过程如下，所述瞬时风轮的气动转矩的计算公式如下：Ta＝Jrω′+T＝Jrωr′+Ksθ+Bsθ′，其中，Ta为风轮获得的气动转矩，T为低速轴与齿轮箱链接处的扭矩，单位为牛顿米，Jr为风轮的转动惯量，单位是公斤米平方，ωr′为风轮转速的导数，θ为低速轴两端扭转角度，单位是弧度，θ′为低速轴的扭转角度的导数，Ks是低速轴的扭转刚度，单位是牛顿米/弧度，Bs为低速轴的扭转阻尼系数，单位是牛顿米/(弧度/秒)，所述动态最优能量捕获调节方法的控制公式为：Te(k+1)＝Jr(ωr(k)-ωr(k-1))/Ts+Ksθ+Bs(θ(k)-θ(k-1))/Ts+η(Pe(k)-Pe(k-1))/Ts 其中，Te为发电机的电转矩，单位是牛顿米，(k+1)，(k)，和(k-1)分别表示下一时刻，当前时刻，和前一时刻对应变量的值，令η＝α/Pe，其中Pe为测量的电功率。α作为归一化的调节参数，α的调节范围为0.1-0.3。