基于转矩随动控制的风电机组最优发电研究

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1、基于转矩随动控制的风电机组最优发电研究娄尧林蔡旭叶杭冶何国栋风力发电研究中心（上海交通大学电子信息与电气工程学院）风力发电系统国家重点实验室（浙江运达风电股份有限公司）海洋工程国家重点实验室（上海交通大学）摘要：提高变速变桨风电机组的能效转化率是风电机组整机设计人员追求的重要目标。大型商业化机组中，通常采用转速-转矩查表法来实现最佳叶尖速比跟踪。由于受到发电机最小并网转速与额定转速的约束，查表法在这两个边界转速上，只能采用斜率较大的过渡曲线来表征转矩与转速对应关系，这影响了输出功率的平稳性，缩短了最佳叶尖速区，减少了机组的发电量。提出一种转矩随动发电机转速变化的风电机组最优发电控制实

2、现方法:在全风速运行范围内，基于一个统一比例积分（P1）转速转矩控制器，根据发电机转速，动态设定输出转矩限值的方法。该方法可解决风速的不可测量性、风速变化不可跟踪性等难题，实现额定风速以下最大风能捕获的控制目标。仿真分析与现场测试结果表明，该算法具有良好的稳定性与动态性能，提升了机组的能效转化率。该控制算法逻辑实现简单，易于风电行业控制器推广，有较高的实际工程意义。关键词：最大风能捕获;最佳叶尖速比;转矩随动控制;比例积分控制器;作者简介：娄尧林，男，1977年生，博士研究生，研究方向为风电机组整机控制、风电机组电网接入。E-mail:louyl@chinawindcy.com（通信

3、作者）作者简介：蔡旭，男，1964年生，教授，博士生导师，研究方向为可再生能源功率变换与并网技术、大功率电力电子与电力系统控制等。E-mail:xucai@sjtu.edu.cn收稿日期：2016-12-21基金：国家科技支撑计划资助项冃（2015BAA06B01）OptimalGeneratorStudyBaseonTorqueFollow-upControlforWindTurbineLouYaolinCaiXuYeHangyeHeGuodongWindPowerResearchCenterSchoolofElectricalInformstionandEngineeringSh

4、anghaiJiaoTongUniversity;StateKeyLabofWindPowerSystemZhejiangWindeyCo.Ltd;Abstract：Itisalwaysanessentialobjectivefordesignerstoenhancetheenergyefficiencyofvariable-speed,pitch-regulatedwindturbines.Thespeed-torquelook-uptableiscommonlyadoptedtoachievetheoptimaltip-speedratiotrackinginlarge-scal

5、ecommercializedwindturbines.Becauseoftheconstraintsofthegridconnectionspeedandratedspeedofgenerator,onlybigslopetransitioncurvescanbeusedtocharacterizetherelationshipbetweentorqueandspeedintheboimdaryspeedofthelook-uptable.Nevertheless,thismethodaffectsthestabilityoftheoutputpower,shortenstheop

6、timaltipspeed,andreducesenergyyieldThispaperpresentsanoptimalcontrolstrategywithtorquefollowingthevariationofgeneratorspeedoptimally.Thatis,aunifiedPI(proportionalintegral)controllerdynamicallysetthelimitoftheoutputtorqueaccordingtogeneratorspeed.Thestrategyachievesthecontrollingtargctofmaximal

7、windenergycapturebelowratedwindspeedbysolvingtrickyproblemsaboutimmeasurabilit)^ofwindspeedandintractabilityofwindspeedvariation.Simulationanalysisandfieldtestdemonstratethatthealgorithmhasgoodstabilityanddynamicperformance，whichi