考慮湍流頻率影響的風(fēng)電機組最大功率點跟蹤的性能優(yōu)化.pdf

1、為最大限度的捕獲風(fēng)能，變速恒頻風(fēng)機通常在額定風(fēng)速以下進(jìn)行最大功率跟蹤控制(maximum power point tracking，MPPT)，以提高發(fā)電效率進(jìn)而增加機組的年發(fā)電量。隨著高風(fēng)速、低湍流理想風(fēng)場的開發(fā)殆盡，風(fēng)機朝著大型化、低風(fēng)速化方向發(fā)展以尋求突破。
　　在此背景下，動態(tài)特性緩慢的大轉(zhuǎn)動慣量風(fēng)機已經(jīng)難以足夠快速地響應(yīng)湍流風(fēng)速的變化，進(jìn)而使得湍流頻率對風(fēng)機MPPT乃至風(fēng)能捕獲效率的影響更為凸顯。然而，查閱文獻(xiàn)所及，當(dāng)前

2、的風(fēng)機MPPT控制方法尚未考慮湍流頻率特征，導(dǎo)致風(fēng)能捕獲效率不佳。為此，本文旨在探索湍流頻率對風(fēng)機MPPT的影響機理，并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)MPPT控制設(shè)計及其參數(shù)優(yōu)化，使其能夠更為全面地考慮含湍流頻率的湍流風(fēng)速特征，以進(jìn)一步提升大轉(zhuǎn)動慣量風(fēng)機在復(fù)雜湍流環(huán)境中的發(fā)電效率。
　　具體地，本文從湍流頻率特征的指標(biāo)刻畫、湍流頻率影響MPPT的機理分析，以及考慮湍流頻率的MPPT控制方法優(yōu)化改進(jìn)三個方面展開研究，并獲得如下主要成果:
　　

3、1、針對湍流風(fēng)速包含多頻率分量，難以用單值指標(biāo)描述的問題，基于高（低）湍流頻率風(fēng)速蘊含的平均功率在功率譜高（低）頻段具有更大分布比例，提出以歸一化功率譜密度函數(shù)低頻段的積分作為比較湍流頻率的指標(biāo)。湍流風(fēng)速模型仿真和實測風(fēng)速數(shù)據(jù)檢驗了該指標(biāo)的有效性。
　　2、針對湍流頻率這一在風(fēng)機控制中尚未被考慮過的風(fēng)速波動特征，本文對湍流頻率影響MPPT的規(guī)律及作用機理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，湍流頻率的變化不僅自身會給MPPT帶來影響，還會改變平均

4、風(fēng)速、湍流強度影響MPPT的程度，即間接影響。因而，在對MPPT控制策略進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時需要考慮湍流頻率，且必須是同時對三個湍流風(fēng)速特征加以綜合考慮。
　　3、為了能在MPPT控制中考慮湍流頻率因素，本文基于收縮跟蹤區(qū)間的轉(zhuǎn)矩曲線調(diào)整方式，采用響應(yīng)面模型構(gòu)建最佳起始轉(zhuǎn)速與3個風(fēng)速特征指標(biāo)（平均風(fēng)速、湍流強度、湍流頻率）的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而提出了能夠更加全面響應(yīng)湍流風(fēng)況變化的改進(jìn)最優(yōu)轉(zhuǎn)矩法。該方法對湍流特征的考慮更為完善，因而能進(jìn)一步提高

5、風(fēng)能捕獲效率。
　　4、針對自適應(yīng)方法搜索過程中的轉(zhuǎn)矩增益系數(shù)異常問題，基于風(fēng)況變化影響自適應(yīng)算法的機理分析，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致該算法持續(xù)搜索方向錯誤而使風(fēng)能捕獲效率惡化的風(fēng)況漸變良好場景（即平均風(fēng)速持續(xù)遞增，湍流強度持續(xù)遞減或湍流頻率持續(xù)遞減）。進(jìn)一步地，通過引入風(fēng)能捕獲損失量指標(biāo)辨識出這類漸變風(fēng)況場景，本文提出了適用于風(fēng)況變化的自適應(yīng)轉(zhuǎn)矩控制方法，以提高風(fēng)機的發(fā)電效率。
　　5、進(jìn)一步將關(guān)注點從提高風(fēng)能捕獲效率擴展至風(fēng)能捕獲和載