综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法制造技术

本发明专利技术公开了一种综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，针对低风速下大转动惯量风机难以及时响应湍流风速的快速变化而导致其跟不上最优转速的问题，该方法将风机传统最优转矩曲线法的两种改进方法——收缩跟踪区间法与减小转矩增益法联合优化，进一步优化最优转矩法。减小跟踪路程的收缩跟踪区间控制与提高风轮转速加速性能的减小转矩增益控制，此两种方法因为改进机理的不同而互不影响，甚至共同起到促进作用；本发明专利技术中二者的联合使风机获得更高的风能捕获效率，进一步优化风机的动态性能。

【技术实现步骤摘要】
综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法
本专利技术属于风机控制领域，具体涉及一种综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法。
技术介绍
目前，变速恒频风力发电机组已经广泛应用到实际风机中。风能的捕获不仅与风机的机械特性有关，还与其所采用的控制方法有关。由风机的气动特性可知，风轮的气动功率与风速之间存在正相关性，恒风速情况下，风机气动功率与风轮转速之间存在一种单峰特性，即固定风速对应单一的最优转速，运行在该工况下的风机能够最大化的捕获风能。为此，最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking,MPPT)控制被提出，通过调节风机转速跟踪上当前的风速变化，使其运行于最大功率点。在诸多MPPT控制策略中，最优转矩法(OptimalTorque,OT)因其原理简单、易于实现的特点而广泛应用。最优转矩法通过采集发电机侧实时转速，据此给定电磁转矩的参考值，使风机保持在最优转速运行。此方法无需直接测量风速，也不需要知道风力机的准确参数，避免了测量过程中存在的困难和误差，因而实用价值较高。但传统的最优转矩法在控制上仍存在不足之处。实际风机的转动惯量很大，由此导致的风轮慢动态特性，将使得风轮转速难以跟踪上快速变化的风速，因而风机转速难以反映风速的实时变化特性。此外，最优转矩法一般是基于稳态系统设计，最优转矩的定义忽略了风轮在不同稳态工作点间跟踪的动态过程。而风速又具有很强的随机性，频繁波动中的风速在短时间内难以预测，因此最优转矩法控制下的风机大部分时间都处于一个动态的过程，并不是运行在最佳功率点。目前，基于最优转矩法的改进主要针对两个角度，动态性能的提高和跟踪区间的缩短。一方面，提高动态性能的减小转矩增益(DecreaseTorqueGain,DTG)控制，通过减小增益系数增大了风机加速时的不平衡转矩，增强了风机的加速性能。另一方面，缩短跟踪路程的收缩跟踪区间(EffectiveTrackingRange,ETR)控制，通过整定风机的起始转速，进一步提高风机的跟踪性能。但是，两种控制方法在改进效果上各自存在极限，因此在风机最大风能捕获效率的提升问题上仍存在可以改进的空间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，考虑到单一的控制方法在改进效果上存在极限，本专利技术基于不同机理的控制方法可以相结合的思路，提出了减小转矩增益和收缩跟踪区间的联合优化方法，同时对最优转矩法的跟踪区间和加速性能做出改进，从而使风机能够在变化的湍流风况下获得更优的动态性能。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，包括以下步骤：步骤1、给定初始起始转速ωbgn和增益系数Kd；步骤2、根据转速信号ω选择控制方式，当ω≥ωbgn时，选择综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，即ETR-DTG控制；当ω＜ωbgn时，保持起始转速不变；步骤3、判断运行是否结束，若没有结束，跳至步骤2。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)由于收缩跟踪区间法与减小转矩增益法两者改进的机理不同，方法之间互不影响，本专利技术提出了一种基于两者联合优化的改进最优转矩法，共同作用进而改善了转速跟踪目标与风机慢动态特性不匹配的问题；2)本专利技术公开了综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法的步骤，使风机获得了比单一方法更高的风能捕获效率，进一步优化了风机的动态性能。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术的综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法的实现原理图。图2为本专利技术的综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法的方法流程图。图3(a)～图3(c)为本专利技术有效性的仿真结果图，其中图3(a)为本专利技术所提方法与传统最优转矩法、收缩跟踪区间法以及减小转矩增益法四种方法下风机转速的对比图；图3(b)为本专利技术所提方法与传统最优转矩法、收缩跟踪区间法以及减小转矩增益法四种方法下风机电磁功率的对比图；图3(c)为本专利技术所提方法与传统最优转矩法、收缩跟踪区间法以及减小转矩增益法四种方法下平均风能捕获效率的对比图。具体实施方式本专利技术提出一种综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，包括以下步骤：步骤1、给定初始起始转速ωbgn和增益系数Kd；步骤2、根据转速信号ω选择控制方式，当ω≥ωbgn时，选择综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，即ETR-DTG控制，否则，保持起始转速不变；步骤3、判断运行是否结束，若没有结束，跳至步骤2。进一步的，步骤1中的起始转速ωbgn初始化为维持风机稳定运行的最低转速，增益系数Kd初始化为一个区间(0,1)的系数。进一步的，步骤2中的ETR-DTG控制的具体形式如下：由于收缩跟踪区间法与减小转矩增益法对最大功率点跟踪的改进机理不同，两种方法无相互影响，因此可以将两种方法共同应用于风力发电机中，共同实现更高效率的风能捕获。基于以上说明，分别对两种方法的改进思路简要阐述。根据收缩跟踪区间法，起始转速ωbgn的整定算法如下：1)设定风速采样周期Tw和起始转速更新周期Tr；清空与Tr对应的风速采样值序列；2)进入新采样周期Tw，读取风速测量值，并保存至风速采样值序列；3)判定当前Tr是否结束；若结束，则跳至步骤4；否则，跳至步骤2)；4)求取风速采样值序列的平均值并将ωbgn调整为：式中α为补偿系数；以更新后的ωbgn进入下一个更新周期Tr，清空风速采样值序列，并跳至步骤2)。根据减小转矩增益法，转矩曲线的设定上，在原先的增益系数Kopt之前再乘上一个小于1的系数，将新的增益系数记作Kd，则新的控制功率、转矩可表示为：Pe＝KdKoptω3(2)Te＝KdKoptω2(3)进一步的，风速采样频率为1～4Hz。进一步的，步骤2中当前转速低于起始转速时保持起始转速不变，设置电磁转矩为0，保证风机的稳定运行。下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的描述：实施例利用美国国家能源部可再生能源实验室(NationalRenewableEnergyLaboratory，NREL)提供的开源的专业风力机仿真软件FAST(Fatigue,Aerodynamics,Structures,andTurbulence)来模拟控制效果。风力机模型采用NREL开发的600kWCART3试验机型，具体参数如表1所示。表1NREL600kWCART3风力机主要参数首先，给定初始起始转速ωbgn和增益系数Kd。起始转速ωbgn初始化为维持风机稳定运行的最低转速，增益系数Kd初始化为一个区间(0,1)的系数。其次，判断当前转速是否高于起始转速，若是，则采用本专利技术提出的综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，即ETR-DTG控制；否则保持起始转速不变，设置电磁转矩为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、给定初始起始转速ω

【技术特征摘要】
1.一种综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、给定初始起始转速ωbgn和增益系数Kd；
步骤2、根据转速信号ω选择控制方式，当ω≥ωbgn时，选择综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，即ETR-DTG控制；当ω＜ωbgn时，保持起始转速不变；
步骤3、判断运行是否结束，若没有结束，跳至步骤2。


2.根据权利要求1所述的综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，其特征在于，步骤1中的起始转速ωbgn初始化为维持风机稳定运行的最低转速，增益系数Kd初始化为一个区间(0,1)的系数。


3.根据权利要求1所述的综合收缩跟踪区间和减小转矩增益的风机转矩曲线法，其特征在于，步骤2中的ETR-DTG控制的具体形式如下：
根据收缩跟踪区间法，起始转速ωbgn的整定算法如下：
1)设定风速采样周期Tw和起始转速更新周期Tr；清空与Tr对应的风速采样值序列；
2...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷明慧，周连俊，魏超，陈载宇，徐胜元，邹云，卜京，瞿佳刘，彭云，杨炯明，蔡晨晓，谢云云，
申请(专利权)人：南京理工大学，江苏金风科技有限公司，华电电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32