考虑湍流频率影响的风电机组最大功率点跟踪的性能优化
发布时间：2021-03-30 05:15
为最大限度的捕获风能,变速恒频风机通常在额定风速以下进行最大功率跟踪控制（maximum power point tracking,MPPT）,以提高发电效率进而增加机组的年发电量。随着高风速、低湍流理想风场的开发殆尽,风机朝着大型化、低风速化方向发展以寻求突破。在此背景下,动态特性缓慢的大转动惯量风机已经难以足够快速地响应湍流风速的变化,进而使得湍流频率对风机MPPT乃至风能捕获效率的影响更为凸显。然而,查阅文献所及,当前的风机MPPT控制方法尚未考虑湍流频率特征,导致风能捕获效率不佳。为此,本文旨在探索湍流频率对风机MPPT的影响机理,并在此基础上改进MPPT控制设计及其参数优化,使其能够更为全面地考虑含湍流频率的湍流风速特征,以进一步提升大转动惯量风机在复杂湍流环境中的发电效率。具体地,本文从湍流频率特征的指标刻画、湍流频率影响MPPT的机理分析,以及考虑湍流频率的MPPT控制方法优化改进三个方面展开研究,并获得如下主要成果:1、针对湍流风速包含多频率分量,难以用单值指标描述的问题,基于高（低）湍流频率风速蕴含的平均功率在功率谱高（低）频段具有更大分布比例,提出以归一化功率谱密度...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１典型Ｃｐ－Ａ曲线??当风速低于额定风速时，面对变化的湍流风速，为了能够最大限度的捕获风??
??图１．３?ＭＰＰＴ控制系统的结构框图??１．２．３风机ＭＰＰＴ控制的具体实现方法??ＭＰＰＴ控制指令生成器的具体生成策略或实现方法主要包括叶尖速比法??［４％５Ｑ］、最优转矩法？―１２＇２４，３１？１以及爬山法１５Ｍ５１。它们通过不同的方式实现风轮转??速调节，其中叶尖速比法、爬山法的目标指令直接为转速，而最优转矩法的目标??指令为电磁转矩（或功率），间接实现转速控制。爬山法主要应用于小型风机，??一般不出现在大转动惯量风机或湍流较强的场合，故本文不做讨论。??Ａ．直接跟踪风速方法（叶尖速比法）??叶尖速比法源于风机ＭＰＰＴ的基本原理，根据风速观测值和风机最佳叶尖速??３??
?（矢？控制、直接转矩控制等）??图丨．２?ＭＰＰＴ控制系统的物理机理??上述物理机理可转化为如图１．３所示的参考输入信号跟踪伺服控制经典控制??框图。这里，需要强调指出的是：如前所述，一般控制理论与控制工程意义下??的“控制”系指控制器的设计理论、方法与实现技术。具体到这里，则原本应??该是指“跟踪控制策略”亦即“机侧变流控制器”的设计。然而，风机控制工??程中所说的“ＭＰＰＴ控制”并非针对机侧变流控制器的设计，而是聚焦于参考输??入的设计。正因为如此，风电控制中将如何产生最优参考输入的ＭＰＰＴ算法??的理论和方法称作ＭＰＰＴ控制。??ｍｐｐｔ控制Ｊ机侧变流｜?ｙ（＾?ｗ??指令生成器１器控制器＂―卜?ＫｆｊＬ?「Ｉ■—＾??—??图１．３?ＭＰＰＴ控制系统的结构框图??１．２．３风机ＭＰＰＴ控制的具体实现方法??ＭＰＰＴ控制指令生成器的具体生成策略或实现方法主要包括叶尖速比法??［４％５Ｑ］、最优转矩法？―１２＇２４，３１？１以及爬山法１５Ｍ５１。它们通过不同的方式实现风轮转??速调节，其中叶尖速比法、爬山法的目标指令直接为转速，而最优转矩法的目标??指令为电磁转矩（或功率）
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑湍流频率因素的风力机最大功率点跟踪控制[J]. 周连俊,殷明慧,陈载宇,邹云. 中国电机工程学报. 2016(09)
[2]限定寻优区间的风力机最大功率点跟踪控制[J]. 张小莲,郝思鹏,翟晶晶,李军,蒋春容,陈凡. 可再生能源. 2016(03)
[3]2011年-2015年中国弃风数据统计[J]. 张玥. 风能. 2016(02)
[4]应用于高风电渗透率电网的风电调度实时控制方法与实现[J]. 王彬,孙勇,吴文传,郑太一,张伯明. 电力系统自动化. 2015(21)
[5]一种实现风力机MPPT控制的加速最优转矩法[J]. 陈载宇,殷明慧,蔡晨晓,张保勇,邹云. 自动化学报. 2015(12)
[6]促进风电消纳的区省两级电力系统调度模型[J]. 王秀丽,李骏,黄镔,李焰. 电网技术. 2015(07)
[7]考虑风电消纳的电力系统源荷协调多目标优化方法[J]. 刘文颖,文晶,谢昶,王维洲,梁琛. 中国电机工程学报. 2015(05)
[8]基于T-S模糊模型的采样数据网络控制系统H∞输出跟踪控制[J]. 肖会芹,何勇,吴敏,肖伸平. 自动化学报. 2015(03)
[9]基于响应面模型与自适应遗传算法的中空型行波超声电机柔性转子结构优化[J]. 牛子杰,孙志峻,陈超,时运来,赵淳生. 中国电机工程学报. 2014(30)
[10]跟踪区间优化的风力机最大功率点跟踪控制[J]. 殷明慧,张小莲,邹云,周连俊. 电网技术. 2014(08)
博士论文
[1]风机最大功率点跟踪的湍流影响机理研究与性能优化[D]. 张小莲.南京理工大学 2014
本文编号：3108933
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１典型Ｃｐ－Ａ曲线??当风速低于额定风速时，面对变化的湍流风速，为了能够最大限度的捕获风??
??图１．３?ＭＰＰＴ控制系统的结构框图??１．２．３风机ＭＰＰＴ控制的具体实现方法??ＭＰＰＴ控制指令生成器的具体生成策略或实现方法主要包括叶尖速比法??［４％５Ｑ］、最优转矩法？―１２＇２４，３１？１以及爬山法１５Ｍ５１。它们通过不同的方式实现风轮转??速调节，其中叶尖速比法、爬山法的目标指令直接为转速，而最优转矩法的目标??指令为电磁转矩（或功率），间接实现转速控制。爬山法主要应用于小型风机，??一般不出现在大转动惯量风机或湍流较强的场合，故本文不做讨论。??Ａ．直接跟踪风速方法（叶尖速比法）??叶尖速比法源于风机ＭＰＰＴ的基本原理，根据风速观测值和风机最佳叶尖速??３??
?（矢？控制、直接转矩控制等）??图丨．２?ＭＰＰＴ控制系统的物理机理??上述物理机理可转化为如图１．３所示的参考输入信号跟踪伺服控制经典控制??框图。这里，需要强调指出的是：如前所述，一般控制理论与控制工程意义下??的“控制”系指控制器的设计理论、方法与实现技术。具体到这里，则原本应??该是指“跟踪控制策略”亦即“机侧变流控制器”的设计。然而，风机控制工??程中所说的“ＭＰＰＴ控制”并非针对机侧变流控制器的设计，而是聚焦于参考输??入的设计。正因为如此，风电控制中将如何产生最优参考输入的ＭＰＰＴ算法??的理论和方法称作ＭＰＰＴ控制。??ｍｐｐｔ控制Ｊ机侧变流｜?ｙ（＾?ｗ??指令生成器１器控制器＂―卜?ＫｆｊＬ?「Ｉ■—＾??—??图１．３?ＭＰＰＴ控制系统的结构框图??１．２．３风机ＭＰＰＴ控制的具体实现方法??ＭＰＰＴ控制指令生成器的具体生成策略或实现方法主要包括叶尖速比法??［４％５Ｑ］、最优转矩法？―１２＇２４，３１？１以及爬山法１５Ｍ５１。它们通过不同的方式实现风轮转??速调节，其中叶尖速比法、爬山法的目标指令直接为转速，而最优转矩法的目标??指令为电磁转矩（或功率）
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑湍流频率因素的风力机最大功率点跟踪控制[J]. 周连俊,殷明慧,陈载宇,邹云. 中国电机工程学报. 2016(09)
[2]限定寻优区间的风力机最大功率点跟踪控制[J]. 张小莲,郝思鹏,翟晶晶,李军,蒋春容,陈凡. 可再生能源. 2016(03)
[3]2011年-2015年中国弃风数据统计[J]. 张玥. 风能. 2016(02)
[4]应用于高风电渗透率电网的风电调度实时控制方法与实现[J]. 王彬,孙勇,吴文传,郑太一,张伯明. 电力系统自动化. 2015(21)
[5]一种实现风力机MPPT控制的加速最优转矩法[J]. 陈载宇,殷明慧,蔡晨晓,张保勇,邹云. 自动化学报. 2015(12)
[6]促进风电消纳的区省两级电力系统调度模型[J]. 王秀丽,李骏,黄镔,李焰. 电网技术. 2015(07)
[7]考虑风电消纳的电力系统源荷协调多目标优化方法[J]. 刘文颖,文晶,谢昶,王维洲,梁琛. 中国电机工程学报. 2015(05)
[8]基于T-S模糊模型的采样数据网络控制系统H∞输出跟踪控制[J]. 肖会芹,何勇,吴敏,肖伸平. 自动化学报. 2015(03)
[9]基于响应面模型与自适应遗传算法的中空型行波超声电机柔性转子结构优化[J]. 牛子杰,孙志峻,陈超,时运来,赵淳生. 中国电机工程学报. 2014(30)
[10]跟踪区间优化的风力机最大功率点跟踪控制[J]. 殷明慧,张小莲,邹云,周连俊. 电网技术. 2014(08)
博士论文
[1]风机最大功率点跟踪的湍流影响机理研究与性能优化[D]. 张小莲.南京理工大学 2014
本文编号：3108933
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3108933.html
