[發明專利]風力發電最大功率點跟蹤的改進自適應轉矩控制方法

有效

• 申請號: 201410339905.1
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104141591B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 張小蓮;郝思鵬;蔣春容
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林

1.風力發電最大功率點跟蹤的改進自適應轉矩控制方法，其特征在于，采用自適應轉矩控制方法，通過自適應搜索算法優化發電機的電磁制動轉矩增益系數來實現最大功率點跟蹤控制，所述自適應轉矩控制方法所用公式為：

Jω·=Tm(v,ω)-Te(ω)---(1)]]>

Tm(v,ω)=0.5ρπR5Cp(λ)λ3ω2---(2)]]>

Te(ω)=0ω<ωbgnρMk+1ω2ω≥ωbgn---(3)]]>

上式中，J為轉動慣量，T_m為風輪的氣動驅動轉矩，T_e為電磁制動轉矩，v為風速，ω為風輪的角速度，為風輪角加速度，ρ為空氣密度，R為風輪半徑，C_P為風能利用系數，λ＝ωR/v是葉尖速比，ω_bgn為起始發電轉速即起始轉速，M為轉矩增益，k為迭代次數，M_k+1為第k+1次迭代搜索獲得的轉矩增益，其中M_k+1的周期性調整包括以下步驟：

S1、確定轉矩增益系數K_d的取值范圍以及最大功率點跟蹤風速范圍內所有最佳轉矩增益系數的平均值K_avg；

S2、初始化轉矩增益，先對轉矩增益更新周期T_r和風速的采樣周期T_c進行設置，然后令k＝0，轉矩增益初始值M₀設為默認轉矩增益M_d，再按如下公式調整電磁制動轉矩，

Te(ω)=0ω<ωbgnρM0ω2ω≥ωbgn---(4),]]>

本周期結束時計算平均風能利用率η_avg，具體計算方法如下：

ηavg=1nΣi=1nPcap(i)1nΣi=1nPwy(i)Pcap=Te(ω)ω+Jωω.Pwy=0.5ρπR2v3cos3ψ---(5);]]>

其中，n為每次迭代的更新周期T_r內的風速采樣次數；ψ為偏航誤差角，P_cap為實際功率，P_wy為功率最優值；

然后，再給定轉矩增益初始增量△M₁，并根據如下公式計算下一周期的轉矩增益，

M_k+1＝M_k+△M_k+1????(6)；

S3、令k＝k+1，以更新的轉矩增益進入第k次迭代周期，并以更新后的轉矩增益按式(3)調整電磁制動轉矩，結束后按式(5)計算該周期內對應的平均風能利用率；

S4、根據公式(7)計算下一周期的轉矩增益M_k+1，其中η_avgk為第k次迭代周期的平均風能利用率，_γ△M為轉矩增益的調整系數，△M_k+1為用于調整轉矩增益的搜索步長，

Mk+1=Mk+ΔMk+1ΔMk+1=γΔMsign[ΔMk]sign[Δηavg k]|Δηavg k|ΔMk=Mk-Mk-1Δηavg k=ηavg k-ηavg k-1---(7);]]>

S5、根據公式(8)計算轉矩增益系數K_d，判斷其是否滿足K_dmin≤K_d≤K_dmax，若滿足，則以當前計算獲得的作為下一周期的轉矩增益，然后返回步驟S3，否則跳至步驟S6，

Kd=Mk+1/MdMd=0.5πR5Cpmaxλopt3---(8)]]>

上式中M_d為默認轉矩增益，λ_opt為最佳葉尖速比，為最大風能利用系數；

S6、令M_k+1＝K_avg*M_d，以該M_k+1作為下一周期的轉矩增益，返回步驟S3。