一種基于風(fēng)機(jī)有效跟蹤區(qū)間的改進(jìn)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(fēng)機(jī)有效跟蹤區(qū)間的改進(jìn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法。該方法以基于收縮跟蹤區(qū)間的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制方法為基礎(chǔ)，通過尋找轉(zhuǎn)速的有效跟蹤區(qū)間及其對應(yīng)的最佳起始轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制。本發(fā)明給出了根據(jù)風(fēng)能集中分布區(qū)確定風(fēng)速有效跟蹤區(qū)間的方法，以及根據(jù)該有效跟蹤區(qū)間確定風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速有效跟蹤區(qū)間和最佳起始發(fā)電轉(zhuǎn)速的方法，實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)能捕獲效率的進(jìn)一步提高。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，不僅能夠使風(fēng)能捕獲始終圍繞風(fēng)能集中的區(qū)域，還可以隨風(fēng)速條件的變化迅速并周期性地優(yōu)化轉(zhuǎn)速的跟蹤區(qū)間。本發(fā)明的實(shí)施例將該方法與自適應(yīng)轉(zhuǎn)矩控制方法進(jìn)行對比，驗(yàn)證了該方法的有效性和先進(jìn)性。
【專利說明】—種基于風(fēng)機(jī)有效跟蹤區(qū)間的改進(jìn)最大功率跟蹤控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，特別是一種基于風(fēng)機(jī)有效跟蹤區(qū)間的改進(jìn)最大功率跟蹤控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于風(fēng)機(jī)變速運(yùn)行可以獲得更有效能量輸出、降低機(jī)械應(yīng)力、改善電能質(zhì)量，變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(WPGS)在過去的十年中獲得了極大的關(guān)注。為了保持最優(yōu)葉尖速比(TSR)和在不同風(fēng)速下實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，變速WPGS需要相應(yīng)地調(diào)整轉(zhuǎn)子速度。
[0003]以往的研究主要集中在以下類型的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制策略，即TSR控制，最優(yōu)轉(zhuǎn)矩(OT)控制，功率信號(hào)反饋(PSF)控制和爬山搜索(HCS)控制(也成為擾動(dòng)觀察控制)。并且，一些人工智能方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模糊邏輯和神經(jīng)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(shí)際并廣泛地應(yīng)用。它們根據(jù)風(fēng)機(jī)測得的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和預(yù)設(shè)的最大轉(zhuǎn)矩(或功率)曲線，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩(或有功功率)。從本質(zhì)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(fēng)速的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，而忽略了風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性和MPPT的動(dòng)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(shí)驗(yàn)室的L J.Fingersh和P.W.Carlin首次提出了利用發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩幫助風(fēng)機(jī)加速或減速的改進(jìn)思路?；谶@種方法，幾種改進(jìn)OT控制被提出，包括最佳跟蹤轉(zhuǎn)子(OTR)控制、降低扭矩增益(DTG)控制、自適應(yīng)轉(zhuǎn)矩控制和自適應(yīng)補(bǔ)償控制。這些方法通過調(diào)整轉(zhuǎn)矩曲線使得更多的風(fēng)能可以被捕獲，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的快速響應(yīng)。
[0005]OTR和自適應(yīng)補(bǔ)償控制通過降低(或增加)發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩來使得風(fēng)輪轉(zhuǎn)速快速升高(或降低)，但這兩種方法必須測量或估算風(fēng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩。考慮到風(fēng)中可獲得能量與風(fēng)速立方成正比，DTG和自適應(yīng)控制應(yīng)用了以放棄部分低風(fēng)速段的轉(zhuǎn)速跟蹤效果換取高風(fēng)速段的高風(fēng)能捕獲效率的控制思想，這種改進(jìn)盡管可以避免機(jī)械轉(zhuǎn)矩的測量或估計(jì)，但只提高風(fēng)機(jī)的加速性能，而降低了減速性為代價(jià)。
[0006]因此，現(xiàn)有各種MPPT控制方法，在風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能和跟蹤效果方面仍有待進(jìn)一步提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種基于風(fēng)機(jī)有效跟蹤區(qū)間的改進(jìn)最大功率跟蹤控制方法，該方法能提聞風(fēng)能捕獲效率。
[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于風(fēng)機(jī)有效跟蹤區(qū)間的改進(jìn)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(zhuǎn)矩控制方法為基礎(chǔ)，通過跟蹤風(fēng)能集中分布區(qū)，周期性地調(diào)整風(fēng)機(jī)有效跟蹤區(qū)間及起始發(fā)電轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制，所述基于收縮跟蹤區(qū)間的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制方法所用公式為:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種基于風(fēng)機(jī)有效跟蹤區(qū)間的改進(jìn)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(zhuǎn)矩控制方法為基礎(chǔ)，通過跟蹤風(fēng)能集中分布區(qū)，周期性地調(diào)整風(fēng)機(jī)有效跟蹤區(qū)間及起始發(fā)電轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制，所述基于收縮跟蹤區(qū)間的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制方法所用公式為:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)機(jī)有效跟蹤區(qū)間的改進(jìn)最大功率跟蹤控制方法，其特征在于，步驟I中起始轉(zhuǎn)速更新周期△ I；的取值為20分鐘到I小時(shí)，風(fēng)速采樣周期△、的取值為0.1秒到I秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)機(jī)有效跟蹤區(qū)間的改進(jìn)最大功率跟蹤控制方法，其特征在于，步驟5中起始轉(zhuǎn)速《bgn按以下公式進(jìn)行估算:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于風(fēng)機(jī)有效跟蹤區(qū)間的改進(jìn)最大功率跟蹤控制方法，其特征在于，風(fēng)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(fēng)速范圍劃分為Nb個(gè)區(qū)間C// =(?) C j = I,…,Nb~), W =(ν/，<)被稱為“倉”，且每個(gè)倉間隔相同，均為0.lm/s ； 步驟A-2、根據(jù)風(fēng)速的值將風(fēng)速數(shù)據(jù)分配到各個(gè)倉中； 步驟A-3、利用下式計(jì)算出每個(gè)倉對應(yīng)的可利用風(fēng)能占總風(fēng)能的比率r，表示為P:
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于風(fēng)機(jī)有效跟蹤區(qū)間的改進(jìn)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(fēng)機(jī)的總效率rt的取值為0.9。
【文檔編號(hào)】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(quán)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(qiáng), 蔡晨曉, 杜寶珠, 鄒云 申請人:南京理工大學(xué)