[發明專利]基于起始轉速自適應搜索的收縮跟蹤區間控制方法

有效

• 申請號: 202010898736.0
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112211782B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 周連俊;殷明慧;魏超;蔡晨曉;陳載宇;卜京;瞿佳劉;彭云;楊炯明;鄒云
• 申請（專利權）人: 江蘇金風科技有限公司;南京理工大學;華電電力科學研究院有限公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種基于起始轉速自適應搜索的收縮跟蹤區間控制方法，針對傳統收縮跟蹤區間控制中采用固定起始轉速無法適應湍流風況實時變化而難以取得良好跟蹤效果的問題，該方法在原始收縮跟蹤區間法的基礎上，利用自適應搜索算法進行擾動觀察、在線自適應地搜索最佳起始轉速，在湍流風況變化過程中實現了最優起始轉速的動態調整。通過自適應的搜索最優起始轉速，根據實際風況調整風機動態特性，進一步提高了風機在較高風速下的風能捕獲；本發明在變化的湍流風況下具有良好的適應性，有效提高了風能捕獲效率。

技術領域

本發明屬于風機控制領域，具體涉及一種基于起始轉速自適應搜索的收縮跟蹤區間控制策略。

背景技術

目前，當風速高于切入風速且低于額定風速時，風電機組通常采用最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制策略，旨在將風輪轉速控制到最佳轉速。在諸多MPPT實現方法中，最優轉矩法(Optimal Torque,OT)因其原理簡單、易于實現的特點而廣泛應用。然而，低風速下大轉動慣量風機具有難以克服的慢動態特性，因此很難及時響應湍流風速的快速變化，導致風機跟蹤不上最優轉速，無法獲得理論上的最佳風能利用系數，因而風機的風能捕獲效率嚴重受限。

現有研究主要針對轉速跟蹤控制器的性能提升，一種提高大轉動慣量風機動態性能的方式是增大不平衡轉矩，其實現方法有：1)減小轉矩增益控制，通過減小增益系數而增強了風機在漸強風速段的加速性能；2)自適應轉矩控制，同樣也是減小了增益系數，但差異在于自適應轉矩控制的系數并非固定不變，可由算法尋找最優值；3)最優轉子跟蹤控制，在控制效果上繼承了減小轉矩增益控制對加速性能的提高，同時也增強了減速性能。

上述幾種方法均是增大了風機的不平衡轉矩，從而提高了風機的加速度，然而除此之外，還可以通過縮短風機對最優轉速的跟蹤路程來優化其動態性能，收縮跟蹤區間(Effective Tracking Range,ETR)的方法由此而來。

進一步研究發現，最優起始轉速的設定受到平均風速、湍流強度和湍流頻率的影響而呈現動態變化。傳統收縮跟蹤區間控制中采用固定的起始轉速，顯然不能適應這種實時變化，難以取得良好的跟蹤效果。同時，目前對于起始轉速的整定多是采用遍歷方法，遍歷過程中需要用到大量的數據計算。因此需要改進收縮跟蹤區間法，提高風機在湍流風況下的適應性。

發明內容

本發明的目前在于提供一種基于起始轉速自適應搜索的收縮跟蹤區間控制方法，利用自適應搜索算法進行擾動觀察、在線自適應地搜索最佳起始轉速，在湍流風況變化過程中實現了最優起始轉速的動態調整，進一步提高了風機在較高風速下的風能捕獲，有效提高了風能捕獲效率。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于起始轉速自適應搜索的收縮跟蹤區間控制方法，包括以下步驟：

步驟1、給定初始起始轉速ω_bgn，計算出一個搜索周期T內平均風能捕獲效率P_favg；

步驟2、計算起始轉速變化量Δω_bgn，更新起始轉速ω_bgn；

步驟3、運行并在線計算周期T內的平均風能捕獲效率P_favg及增量ΔP_favg；

步驟4、若捕獲效率增量ΔP_favg＞0，則繼續向相同方向改變Δω_bgn，反之向相反方向改變Δω_bgn；

步驟5、待當前運行周期結束后，跳至步驟2。