基于粒子群算法的变速变频风电系统风能捕获方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于粒子群算法的变速变频风电系统最大风能捕获方法，针对由可变频率变压器和多台并联运行的永磁同步风电机组构成的变速变频风电系统，通过粒子群算法对可变频率变压器的转速和所有永磁同步风电机组的桨距角进行协同优化，从而实现变速变频风电系统的最大风能捕获。与针对可变频率变压器转速的单变量优化方法相比，所提出的基于粒子群算法的多变量优化方法能获得更多的风能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电
，尤其涉及基于粒子群算法的变速变频风电系统风能捕获方法。
技术介绍
近海风电具有风速高、湍流强度小、风速风向稳定等优点，是风电行业发展的主要趋势。然而，海上作业的难度导致近海风电机组的维护成本很高，天气和海洋环境的制约使风电机组故障后难以得到及时修复，这将导致有效发电时间的减少，因此近海风电机组的可靠性对风电场的经济效益有较大影响。采用可变频率变压器控制多台并联运行的永磁同步风电机组，所构成的变速变频风电系统，具有以下优点：①在海上采用永磁同步风电机组，无滑环和电刷，故障率较低；②系统的核心设备可变频率变压器安装于陆地上，维护方便；③有功功率主要通过可变频率变压器流入电网，电力电子装置的容量和成本显著降低，系统过载能力较强。针对该变速变频风电系统，现有的最大风能捕获方法，是采用单变量优化算法，根据各风力机的风速计算最优的可变频率变压器转速，风能利用率较低。为提高风能利用率，需在对可变频率变压器转速进行优化的同时，对各台风电机组的桨距角也进行优化。然而，目前尚未有关于针对可变频率变压器转速和各台风力机桨距角的协同优化方法。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于粒子群算法的变速变频风电系统风能捕获方法，能够对各台永磁同步风电机组的桨距角和可变频率变压器的转速进行协同优化，实现变速变频风电系统的最大风能捕获。为实现上述目的，本专利技术提供了基于粒子群算法的变速变频风电系统最大风能捕获方法，所述变速变频风电系统包括多部永磁同步风电机组和与其连接的可变频率变压器，所述可变频率变压器连接在工频电网中，所述可变频率变压器包括双馈电机和与双馈电机机械连接的直流电机，所述直流电机与驱动电路电连接，所述驱动电路与变压器连接，其特征在于，其工作包括以下步骤：步骤1：采集变速变频风电系统中各台永磁同步风电机组的实时风速，赋给M维风速向量V→=[V1,V2,...,VM]T;]]>步骤2：随机初始化粒子群，设定每个粒子的初始位置和速度，所述粒子群由N个粒子组成，每个粒子在多维空间中的位置均表示为以下形式的向量：x→i=[βi,1,βi,2,...,βi,M,ωi,VFT]T,(i=1,2,...,N)]]>其中，βi,j为第i个粒子中第j台永磁同步风电机组的桨距角，ωi,VFT为第i个粒子中可变频率变压器的转速；步骤3：粒子群中各粒子的适应度值按以下公式计算：Pi=12ρAΣk=1M[Ck(Vk,βi,k,ωi,VFT)Vk3],(i=1,2,...,N)]]>其中，ρ为空气密度，A为叶片扫掠面积，第k台永磁同步风电机组的功率系数Ck(Vk,βk,ωVFT)如下：Ck(Vk,βk,ωVFT)=K6ωgrid-pVFTωVFTpWTRVk+K1(K2ωgrid-pVFTωVFTpWTRVk+0.08βk-0.035K2βk3+1-K3βk-K4)e-K5ωgrid-pVFTωVFTpWTRVk+0.08βk+0.035K5βk3+1]]>其中，R为永磁同步风电机组的叶片半径，ωgrid为电网同步角速度，pWT和pVFT分别为永磁同步风电机组和可变频率变压器的极对数，K1至K6为由风电机组翼型决定的系数；步骤4：将各粒子的初始位置作为其历史最佳位置并计算其适应度值，然后从粒子群中挑选适应度值最大的粒子为当前全局最优粒子，其位置记为步骤5：根据下式更新各粒子的速度和位置其中，c1、c2为常数，r1和r2为随机数；步骤6：若步骤5中某粒子中的某个维度超过风电机组桨距角或可变频率变压器转速的调节范围，如(k＝1,2,…,M)或则将其设定在调节范围的边界；步骤7：采用步骤3的方法计算出更新后的每个粒子的适应度值，并将其与自身历史最佳位置和全局历史最佳位置所对应的适应度值比较，若当前粒子的适应度值更高，则用其替换相应的或步骤8：重复步骤5-7直至迭代收敛，可获得全局最优粒子如下：p→g=[βg1,βg2,...,βgM,ωgVFT]T]]>其中βg1,βg2,…,βgM为各台永磁同步风电机组的最优桨距角，ωgVFT为可变频率变压器的最优转速；步骤9：将βg1,βg2,…,βgM赋给相应风电机组的桨距角控制器，将ωgVFT赋给可变频率变压器的转速控制器。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过对风电机组桨距角和可变频率变压器转速的协同优化，提高了由可变频率变压器和多台并联运行的永磁同步风电机组构成的变速变频风电系统的风能利用效率。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1为本专利技术适用的由可变频率变压器和多台并联运行的永磁同步风电机组构成的变速变频风电系统拓扑结构图；图2为本专利技术用于验证控制方法效果的一组时变风速图；图3为本专利技术控制方法下粒子群的最佳适应度值收敛曲线图；图4为本专利技术控制方法下各台永磁同步风电机组的桨距角优化结果图；图5为本专利技术控制方法下和单变量优化方法下可变频率变压器转速优化结果的对比图；图6为本专利技术控制方法下和单变量优化方法下变速变频风电系统输出功率的对比图。具体实施方式如图1所示，基于粒子群算法的变速变频风电系统最大风能捕获方法，所述变速变频风电系统包括多部永磁同步风电机组和与其连接的可变频率变压器，所述可变频率变压器连接在工频电网中，所述可变频率变压器包括双馈电机和与双馈电机机械连接的直流电机，所述直流电机与驱动电路电连接，所述驱动电路与变压器连接，其特征在于，其工作包括以下步骤：步骤1：采集变速变频风电系统中各台永磁同步风电机组的实时风速，赋给M维风速向量V→=[V1,V2,...,VM]T;]]>步骤2：随机初始化粒子群，设定每个粒子的初始位置和速度，所述粒子群由N个粒子组成，每个粒子在多维空间中的位置均表示为以下形式的向量：x→i=[βi,1,βi,2,...,βi,M,ωi,VFT&rsq本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于粒子群算法的变速变频风电系统最大风能捕获方法，所述变速变频风电系统包括多部永磁同步风电机组和与其连接的可变频率变压器，所述可变频率变压器连接在工频电网中，所述可变频率变压器包括双馈电机和与双馈电机机械连接的直流电机，所述直流电机与驱动电路电连接，所述驱动电路与变压器连接，其特征在于，其工作包括以下步骤：步骤1：采集变速变频风电系统中各台永磁同步风电机组的实时风速，赋给M维风速向量V→=[V1,V2,...,VM]T;]]>步骤2：随机初始化粒子群，设定每个粒子的初始位置和速度，所述粒子群由N个粒子组成，每个粒子在多维空间中的位置均表示为以下形式的向量：x→i=[βi,1,βi,2,...,βi,M,ωi,VFT]T,(i=1,2,...,N)]]>其中，βi,j为第i个粒子中第j台永磁同步风电机组的桨距角，ωi,VFT为第i个粒子中可变频率变压器的转速；步骤3：粒子群中各粒子的适应度值按以下公式计算：Pi=12ρAΣk=1M[Ck(Vk,βi,k,ωi,VFT)Vk3],(i=1,2,...,N)]]>其中，ρ为空气密度，A为叶片扫掠面积，第k台永磁同步风电机组的功率系数Ck(Vk,βk,ωVFT)如下：Ck(Vk,βk,ωVFT)=K6ωgrid-pVFTωVFTpWTRVk+K1(K2ωgrid-pVFTωVFTpWTRVk+0.08βk-0.035K2βk3+1-K3βk-K4)e-K5ωgrid-pVFTωVFTpWTRVk+0.008βk+0.035K5βk3+1]]>其中，R为永磁同步风电机组的叶片半径，ωgrid为电网同步角速度，pWT和pVFT分别为永磁同步风电机组和可变频率变压器的极对数，K1至K6为由风电机组翼型决定的系数；步骤4：将各粒子的初始位置作为其历史最佳位置并计算其适应度值，然后从粒子群中挑选适应度值最大的粒子为当前全局最优粒子，其位置记为步骤5：根据下式更新各粒子的速度和位置其中，c1、c2为常数，r1和r2为随机数；步骤6：若步骤5中某粒子中的某个维度超过风电机组桨距角或可变频率变压器转速的调节范围，如(k＝1,2,…,M)或则将其设定在调节范围的边界；步骤7：采用步骤3的方法计算出更新后的每个粒子的适应度值，并将其与自身历史最佳位置和全局历史最佳位置所对应的适应度值比较，若当前粒子的适应度值更高，则用其替换相应的或步骤8：重复步骤5‑7直至迭代收敛，可获得全局最优粒子如下：p→g=[βg1,βg2,...,βgM,ωgVFT]T]]>其中βg1,βg2,…,βgM为各台永磁同步风电机组的最优桨距角，ωgVFT为可变频率变压器的最优转速；步骤9：将βg1,βg2,…,βgM赋给相应风电机组的桨距角控制器，将ωgVFT赋给可变频率变压器的转速控制器。...

【技术特征摘要】
1.基于粒子群算法的变速变频风电系统最大风能捕获方法，所述变速变频风电系统包
括多部永磁同步风电机组和与其连接的可变频率变压器，所述可变频率变压器连接在工频
电网中，所述可变频率变压器包括双馈电机和与双馈电机机械连接的直流电机，所述直流
电机与驱动电路电连接，所述驱动电路与变压器连接，其特征在于，其工作包括以下步骤：
步骤1：采集变速变频风电系统中各台永磁同步风电机组的实时风速，赋给M维风速向
量V→=[V1,V2,...,VM]T;]]>步骤2：随机初始化粒子群，设定每个粒子的初始位置和速度，所述粒子群由N个粒子组
成，每个粒子在多维空间中的位置均表示为以下形式的向量：
x→i=[βi,1,βi,2,...,βi,M,ωi,VFT]T,(i=1,2,...,N)]]>其中，βi,j为第i个粒子中第j台永磁同步风电机组的桨距角，ωi,VFT为第i个粒子中可变
频率变压器的转速；
步骤3：粒子群中各粒子的适应度值按以下公式计算：
Pi=12ρAΣk=1M[Ck(Vk,βi,k,ωi,VFT)Vk3],(i=1,2,...,N)]]>其中，ρ为空气密度，A为叶片扫掠面积，第k台永磁同步风电机组的功率系数Ck(Vk,βk,
ωVFT)如下：
Ck(Vk,βk,ωVFT)=K6ωgrid-pVFTωVFTpWTRVk+K1(K2ωgrid-pVFT...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思哲，熊国专，唐雄民，章云，孟安波，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44