一種基于風機有效跟蹤區(qū)間的改進最大功率跟蹤控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于風機有效跟蹤區(qū)間的改進最大功率點跟蹤控制方法。該方法以基于收縮跟蹤區(qū)間的最優(yōu)轉矩控制方法為基礎，通過尋找轉速的有效跟蹤區(qū)間及其對應的最佳起始轉速來實現最大功率點跟蹤控制。本發(fā)明給出了根據風能集中分布區(qū)確定風速有效跟蹤區(qū)間的方法，以及根據該有效跟蹤區(qū)間確定風機轉速有效跟蹤區(qū)間和最佳起始發(fā)電轉速的方法，實現了對風能捕獲效率的進一步提高。這種方法的優(yōu)點在于，不僅能夠使風能捕獲始終圍繞風能集中的區(qū)域，還可以隨風速條件的變化迅速并周期性地優(yōu)化轉速的跟蹤區(qū)間。本發(fā)明的實施例將該方法與自適應轉矩控制方法進行對比，驗證了該方法的有效性和先進性。
【專利說明】—種基于風機有效跟蹤區(qū)間的改進最大功率跟蹤控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于風力發(fā)電領域，特別是一種基于風機有效跟蹤區(qū)間的改進最大功率跟蹤控制方法。
【背景技術】
[0002]由于風機變速運行可以獲得更有效能量輸出、降低機械應力、改善電能質量，變速風力發(fā)電系統(tǒng)(WPGS)在過去的十年中獲得了極大的關注。為了保持最優(yōu)葉尖速比(TSR)和在不同風速下實現最大風能捕獲，變速WPGS需要相應地調整轉子速度。
[0003]以往的研究主要集中在以下類型的最大功率點跟蹤(MPPT)控制策略，即TSR控制，最優(yōu)轉矩(OT)控制，功率信號反饋(PSF)控制和爬山搜索(HCS)控制(也成為擾動觀察控制)。并且，一些人工智能方法，如神經網絡，模糊邏輯和神經模糊控制也已被引入到MPPT控制中。在上述的MPPT控制中，OT和PSF控制在大中型WPGSs中已得到實際并廣泛地應用。它們根據風機測得的風輪轉速和預設的最大轉矩(或功率)曲線，調節(jié)發(fā)電機轉矩(或有功功率)。從本質上講，在OT和PSF控制中，僅考慮了由最大扭矩(或功率)曲線定義的不同風速的穩(wěn)態(tài)工作點，而忽略了風機的動態(tài)特性和MPPT的動態(tài)過程。
[0004]為了提高OT控制的MPPT效率，美國國家可再生能源實驗室的L J.Fingersh和P.W.Carlin首次提出了利用發(fā)電機電磁轉矩幫助風機加速或減速的改進思路?；谶@種方法，幾種改進OT控制被提出，包括最佳跟蹤轉子(OTR)控制、降低扭矩增益(DTG)控制、自適應轉矩控制和自適應補償控制。這些方法通過調整轉矩曲線使得更多的風能可以被捕獲，從而實現風力發(fā)電機組的快速響應。
[0005]OTR和自適應補償控制通過降低(或增加)發(fā)電機電磁轉矩來使得風輪轉速快速升高(或降低)，但這兩種方法必須測量或估算風機機械轉矩?？紤]到風中可獲得能量與風速立方成正比，DTG和自適應控制應用了以放棄部分低風速段的轉速跟蹤效果換取高風速段的高風能捕獲效率的控制思想，這種改進盡管可以避免機械轉矩的測量或估計，但只提高風機的加速性能，而降低了減速性為代價。
[0006]因此，現有各種MPPT控制方法，在風機的動態(tài)性能和跟蹤效果方面仍有待進一步提聞。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明所解決的技術問題在于提供一種基于風機有效跟蹤區(qū)間的改進最大功率跟蹤控制方法，該方法能提聞風能捕獲效率。
[0008]實現本發(fā)明目的的技術解決方案為:一種基于風機有效跟蹤區(qū)間的改進最大功率跟蹤控制方法，以基于收縮跟蹤區(qū)間的最優(yōu)轉矩控制方法為基礎，通過跟蹤風能集中分布區(qū)，周期性地調整風機有效跟蹤區(qū)間及起始發(fā)電轉速，從而實現最大功率點跟蹤控制，所述基于收縮跟蹤區(qū)間的最優(yōu)轉矩控制方法所用公式為:
[0009]
【權利要求】
1.一種基于風機有效跟蹤區(qū)間的改進最大功率跟蹤控制方法，其特征在于，以基于收縮跟蹤區(qū)間的最優(yōu)轉矩控制方法為基礎，通過跟蹤風能集中分布區(qū)，周期性地調整風機有效跟蹤區(qū)間及起始發(fā)電轉速，從而實現最大功率點跟蹤控制，所述基于收縮跟蹤區(qū)間的最優(yōu)轉矩控制方法所用公式為:

2.根據權利要求1所述的基于風機有效跟蹤區(qū)間的改進最大功率跟蹤控制方法，其特征在于，步驟I中起始轉速更新周期△ I；的取值為20分鐘到I小時，風速采樣周期△、的取值為0.1秒到I秒。
3.根據權利要求1所述的基于風機有效跟蹤區(qū)間的改進最大功率跟蹤控制方法，其特征在于，步驟5中起始轉速《bgn按以下公式進行估算:
4.根據權利要求3所述的基于風機有效跟蹤區(qū)間的改進最大功率跟蹤控制方法，其特征在于，風速有效跟蹤區(qū)間tC的確定方法和步驟如下: 步驟A、初始化，具體為:步驟A-1、將風速范圍劃分為Nb個區(qū)間C// =(?) C j = I,…,Nb~), W =(ν/，<)被稱為“倉”，且每個倉間隔相同，均為0.lm/s ； 步驟A-2、根據風速的值將風速數據分配到各個倉中； 步驟A-3、利用下式計算出每個倉對應的可利用風能占總風能的比率r，表示為P:
5.根據權利要求3所述的基于風機有效跟蹤區(qū)間的改進最大功率跟蹤控制方法，其特征在于，在湍流中傳統(tǒng)OT控制風機的總效率rt的取值為0.9。
【文檔編號】F03D7/00GK103758697SQ201410016068
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權日:2014年1月14日
【發(fā)明者】殷明慧, 周連俊, 楊曼, 張劉冬, 楊志強, 蔡晨曉, 杜寶珠, 鄒云 申請人:南京理工大學