[发明专利]一种电磁转矩补偿实现最大风能快速平稳跟踪的控制方法

说明书

技术领域

本发明是一种电磁转矩补偿实现最大风能快速平稳跟踪的控制技术，属于电机驱动与控制技术领域。

背景技术

变速风电系统目前一般采用最大风能跟踪控制，这种控制方法的核心在于捕获风电系统的最大功率点。由于风速的随机性与风电系统的非线性，最大功率点捕获比较困难，也是风力发电的热点问题之一。传统的最大功率点捕获方法有很多种，实际应用较多的有爬山搜索法、功率反馈法、最优转矩法等。爬山搜索法的原理是人为地施加转速扰动变化量，根据发电机输出功率的变化确定风机转速的控制增量，通过控制发电机电磁转矩使得风机转速趋于给定，反复执行上述搜索策略，直到风电系统运行在最大功率点。这种方法的缺陷在于对惯性较大的大型风力机系统，实现最大功率点跟踪所需的时间较长，在风速持续变化的情况下其控制性能将受到影响，而且采用固定的转速扰动会导致机组转速波动较大，当风速变化幅度大时很难及时追踪最优速度，也很难抑制因风速噪声引起的转速波动。功率反馈法的原理则是测量出风力机的转速，并根据风力机的最大功率曲线，计算出与该转速所对应的风力机的最大输出功率，将它作为风力机的输出功率给定值并与发电机输出功率的观测值相比较得到误差量，经过调节器对风力机进行控制，以实现对最大功率点的跟踪。这种方法也存在一定缺陷，即风速的不同将导致发电机转子响应速度的差别，具体地讲就是当风速变化量相同时，风速较低的区域转子响应较慢；风速较高的区域转子响应较快。当同一风速区域下风速变化量不同时，风速变化量越大则转子响应越快。转子的响应速度直接影响到最大风能跟踪响应速度，如果跟踪响应速度过慢，风力机将损失部分功率；反之，将产生转矩脉动，对风力机轴造成损伤。最优转矩法的原理与功率反馈法原理相类似，不同点在于这种方法的控制思想是基于已知的最佳转矩曲线而不是最大功率曲线，通过转矩闭环控制，使得发电机电磁转矩实时跟踪此最优曲线（由最优转矩点组成），对应系统运行在最大功率捕获点。由于这种方法的原理与功率反馈法相类似，故这种方法的缺陷也与功率反馈法基本相同，即风速对系统快速性和平稳性的影响，在此不做赘述；综上所述，目前较为常用的最大功率点捕获方法普遍存在快速性和平稳性不够高的问题，因此有必要提出一种提高最大风能跟踪系统的快速性和平稳性的控制方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出一种简单有效的永磁同步发电机电磁转矩补偿的控制方法，从而能够对转子响应速度进行控制。该方法适用于所有永磁电机，无需增加电机驱动控制成本，只需修改控制软件，简单有效。

技术方案：由于转子的响应速度直接影响到最大风能跟踪响应速度，而如果跟踪响应速度过慢，风力机将损失部分功率；反之，将产生转矩脉动，对风力机轴造成损伤。所以要改善最大风能跟踪系统的快速性和平稳性就必须从控制转子响应速度入手。该方法在传统的基于最佳转矩法的最大风能跟踪控制系统中添加了电磁转矩补偿环节，首先，由于稳态时电磁转矩须对应于最佳转矩曲线在当前转速下的值，故初步确定了电磁转矩补偿环节的函数形式其中：K_c为转矩补偿系数，T_m为原动机输入的机械转矩，为电磁转矩初步给定值，使电磁转矩给定值经补偿后由变为Te′*=Te*-Kc*(Tm-Te*);]]>