一种提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法

本发明涉及风力机最大功率点跟踪控制策略，更具体地说，涉及一种提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法。

背景技术：

1、近年来，随着清洁能源的大规模发展，风力发电技术受到越来越多的关注。与传统定速风力机相比，变速风力机具有更高的发电效率和更低的结构载荷，因此逐渐成为主流。为了使风力机高效地捕获风能，一般采用最大功率点跟踪(maximum power pointtracking,mppt)控制，旨在控制风轮转速跟踪由实时风速所决定的最佳转速。风力机mppt控制有众多实现方法，其中最优转矩法通过设定参考功率指令与风轮转速的三次方关系，使风力机能够自行趋近于最优转速。该方法对风力机的运行载荷影响较小，且控制结构简单易行，因而在工程中已得到广泛应用。

2、但是，随风轮转速调节的最优转矩法存在着响应缓慢的问题，具体表现为应用该方法控制的风力机趋于最优转速的动态过程需要较长的时间，并且随着风轮转动惯量地不断增大此问题逐渐突出。同时，该方法本身无法通过参数的调整来获得更快的响应速度，因而使风力机的风能捕获效率较低。

3、为此，相关技术研究分别从减小转矩增益和收缩跟踪区间两方面改进最优转矩法。具体地，减小转矩增益法通过减小转矩增益系数提升风力机的响应性能；收缩跟踪区间法则通过放弃对低风速最优转速的跟踪来换取整体捕获效率的提高。然而，上述方法仍是基于稳态视角修改风力机最大功率跟踪曲线来改进最优转矩法，减小转矩增益法仅对特定风速场景表现出良好的加速性能，收缩跟踪区间法则并未改善风力机的响应速度。因此，有必要基于动态视角改进最优转矩法，使其具备良好地加减速响应性能，在继承最优转矩法优点的同时，进一步提升风力机的风能捕获效率。

技术实现思路

1、1.要解决的技术问题

2、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法，它可以实现根据风力机的理论最优转速与实际转速的绝对值偏差选取不同的控制方式，当偏差较大时保持恒功率指令加速跟踪理论最优转速、当偏差较小时以最优转矩法运行趋于理论最优转速，从而获得良好的转速跟踪效果，有效提高风能捕获效率。

3、2.技术方案

4、为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

5、一种提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法，所述转矩法包括以下步骤：

6、s1：给定转速偏差设定阈值ε；

7、s2：获取当前时刻k风力机迎风面的风速vk与风轮ωr,k的实际转速，计算风轮的理论最优转速ωopt,k；

8、s3：当满足∣ωr,k-ωopt,k∣＜ε，或k＝0，则风力机以最优转矩法设定参考功率指令，或满足∣ωr,k-ωopt,k∣≥ε且k＞0，则风力机保持时刻的参考功率指令不变；

9、s4：寄存当前时刻k的参考功率指令，并将此参考功率指令下达至变流器实现。

10、进一步的，所述步骤s1中的转速偏差设定阈值初始化为一个大于0的系数。

11、进一步的，所述步骤s2中理论最优转速计算公式为：

12、

13、其中，λopt为最优叶尖速比，由风轮气动特性决定，通过测量并拟合风能捕获系数曲线获得；r为风轮半径。

14、进一步的，所述步骤s3中的风力机在当前时刻k以最优转矩法设定参考功率指令pref,k，即：

15、

16、其中，kopt＝0.5ρπr5 cpmax/λopt近似为常数，cpmax为最大风能捕获系数，用拟合风能捕获系数曲线获得；ωr.bgn为起始发电转速。

17、进一步的，所述步骤s3中的风力机保持时刻k-1的参考功率指令不变，即：

18、pref,k＝pref,k-1

19、其中，pref,k-1为k-1时刻寄存的风力机参考功率指令。

20、进一步的，所述步骤s4中的寄存当前时刻k的参考功率指令的目的是：当时刻k+1时，用来判断作为步骤s3中的风力机的参考功率指令或不作为步骤s3中的风力机的参考功率指令。

21、3.有益效果

22、相比于现有技术，本发明的优点在于：

23、(1)本发明的提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法通过判断风力机的理论最优转速与实际转速的偏差大小使其在恒功率控制与最优转速法mppt控制间切换，进而获得较传统最优转矩法更良好的加减速响应性能与转速跟踪效果，有效提高风力机的风能捕获效率。

技术特征：

1.一种提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法，其特征在于，所述转矩法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法，其特征在于：所述步骤s1中的转速偏差设定阈值初始化为一个大于0的系数。

3.根据权利要求1所述的一种提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法，其特征在于：所述步骤s2中理论最优转速计算公式为：

4.根据权利要求1所述的一种提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法，其特征在于：所述步骤s3中的风力机在当前时刻k以最优转矩法设定参考功率指令pref,k，即：

5.根据权利要求1所述的一种提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法，其特征在于：所述步骤s3中的风力机保持时刻k-1的参考功率指令不变，即：

6.根据权利要求1所述的一种提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法，其特征在于：所述步骤s4中的寄存当前时刻k的参考功率指令的目的是：当时刻k+1时，用来判断作为步骤s3中的风力机的参考功率指令或不作为步骤s3中的风力机的参考功率指令。

技术总结
本发明公开了一种提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法，属于风力机最大功率点跟踪控制策略技术领域，一种提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法，转矩法包括以下步骤：S1：给定转速偏差设定阈值ε；S2：获取当前时刻k风力机迎风面的风速v<subgt;k</subgt;与风轮ω<subgt;r,k</subgt;的实际转速，计算风轮的理论最优转速ω<subgt;opt,k</subgt;；它可以提升风力机动态响应性能的改进最优转矩法通过判断风力机的理论最优转速与实际转速的偏差大小使其在恒功率控制与最优转速法MPPT控制间切换，进而获得较传统最优转矩法更良好的加减速响应性能与转速跟踪效果，有效提高风力机的风能捕获效率。

技术研发人员：殷云扬,贾姝,周玉成,薄晓婷,闫梦情
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13