一種雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的一種雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速值以下為實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，通常需要控制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值 以匹配實(shí)時(shí)風(fēng)速值，從而使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在最佳葉尖速比點(diǎn)。對雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言，風(fēng)輪 轉(zhuǎn)速值是由風(fēng)能產(chǎn)生的動(dòng)力矩值和雙饋電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩值共同決定的，所以可通過逆 變器主動(dòng)改變雙饋電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩值的大小來調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值實(shí)現(xiàn)預(yù)定的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 值。然而，風(fēng)速值的快速波動(dòng)性和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值的大慣性使得這樣的跟蹤控制難以實(shí)施。目 前，用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲的主流方法有三種：葉尖速比控制法，功率信號反饋法 和爬山搜索法。葉尖速比控制法需要精確測量風(fēng)速值，再根據(jù)風(fēng)速值大小來控制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 值，但作用于風(fēng)輪上的"面風(fēng)"采用常規(guī)測風(fēng)儀無法精確測量。功率信號反饋法是將風(fēng)機(jī)的 輸出功率值和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值聯(lián)系起來，按風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值的大小獲取理論最佳的輸出功率值，再 通過控制調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩值大小來獲取最大輸出功率值，但針對不同的風(fēng)機(jī)其 理論風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值和最佳輸出功率值的關(guān)系曲線不易獲得。爬山搜索法無需實(shí)時(shí)測量風(fēng)速 值，也不要求提供理論功率值曲線，而爬山搜索法是通過對雙饋電機(jī)不斷施加轉(zhuǎn)矩值的擾 動(dòng)觀察實(shí)際功率值輸出變化來實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲。常規(guī)的爬山搜索法存在一些缺點(diǎn)，如控 制周期長，在最大功率值點(diǎn)附近可能存在振蕩，尤其在風(fēng)速值變化較快時(shí)，爬山搜索法可能 失效，導(dǎo)致風(fēng)能捕獲效率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大風(fēng) 能捕獲方法，其以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和葉尖速比法確定電磁轉(zhuǎn)矩值初始控制量，然后采用變步長 的爬山搜索法在小范圍內(nèi)改變電磁轉(zhuǎn)矩值大小以尋找最大功率值點(diǎn)，并可在爬山搜索中避 免搜索周期過長或發(fā)生振蕩。
[0004] 實(shí)現(xiàn)上述目的的一種技術(shù)方案是：一種雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲方法， 包括下列步驟：
[0005] 建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型步驟：采集風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)下多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的風(fēng)速值，風(fēng)向 值，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值和電磁轉(zhuǎn)矩值，建立以風(fēng)速值，風(fēng)向值和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值為輸入量，電磁轉(zhuǎn)矩值 為輸出量的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；
[0006] 電磁轉(zhuǎn)矩值初始控制量計(jì)算及控制步驟：依據(jù)期望的理論最佳風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值公式， 即：
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲方法，包括下列步驟： 建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型步驟：采集風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)下多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的風(fēng)速值，風(fēng)向值， 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值和電磁轉(zhuǎn)矩值，建立以風(fēng)速值，風(fēng)向值和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值為輸入量，電磁轉(zhuǎn)矩值為輸 出量的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型； 電磁轉(zhuǎn)矩值初始控制量計(jì)算及控制步驟：依據(jù)期望的理論最佳風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值公式，即：
計(jì)算得到期望的理論最佳風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值S7，并將其代入所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，計(jì)算 得到電磁轉(zhuǎn)矩值初始控制量T(0)，并以此時(shí)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速值作為啟動(dòng)爬山搜索前的初始發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)速值其中，v為10秒風(fēng)速平均值，R為風(fēng)機(jī)的風(fēng)輪半徑，A_為最佳葉尖速比 占. 電磁轉(zhuǎn)矩值初次擾動(dòng)步驟：等待IY個(gè)采樣周期，待風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài)后，記錄當(dāng)前 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速值％及發(fā)電功率值P:，并根據(jù)公式T(n) =T(n-l)+Tste;pXa(n)計(jì)算控制周 期數(shù)n為1時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩值T(l)，其中a(n) =exp(-30X(n/N)p)，N為最大控制周期數(shù)， p為1?30間任意一個(gè)整數(shù)，Tste;pS電磁轉(zhuǎn)矩值最大變化步長； 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速值判斷步驟：等待IY個(gè)采樣周期后，先將控制周期數(shù)n加1，再記錄控制周 期數(shù)為n時(shí)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速值，并計(jì)算相比于初始發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速值《 ^的變化值A(chǔ)?v 若|A ?max，返回電磁轉(zhuǎn)矩值初始值計(jì)算及控制步驟，其中A?max為設(shè)定的最大發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差值，否則進(jìn)入下一步驟； 爬山搜索啟動(dòng)判斷步驟：計(jì)算相鄰兩個(gè)控制周期間的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速值的差值A(chǔ)?， 以及發(fā)電功率值的差值A(chǔ)P，其中A? = AP= ，若|AP|彡APmin或 A? |彡A?min，則結(jié)束本次搜索；若|AP|>APmin且|A?|>A?min，則進(jìn)入下一步驟；APmin為尋優(yōu)發(fā)電功率容許變化值，A?min為尋優(yōu)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速容許變化值； 控制周期數(shù)判斷步驟：若控制周期n大于最大控制周期數(shù)N，結(jié)束本次搜索，若控制周 期數(shù)n小于等于最大控制周期數(shù)N，返回發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速值判斷步驟； 爬山搜索電磁轉(zhuǎn)矩值及擾動(dòng)步驟：根據(jù)公式T(n+1) =T(n) +AT%計(jì)算并輸出控制周 期數(shù)為n+1時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩值T(n+1);其中Af為電磁轉(zhuǎn)矩值變化步長，爬山搜索確定電磁 轉(zhuǎn)矩值的規(guī)則如下： 當(dāng)AP>〇 且A? 彡 0 時(shí)，AT*= _TstepXa(n)，即T(n+1) =T(n)_TstepXa(n); 當(dāng)AP>〇 且A?〈〇 時(shí)，AT*=TstepXa(n)，T(n+l) =T(n)+TstepXa(n); 當(dāng)AP〈〇且A? 彡 0時(shí)，AT*=TstepXa(n)，T(n+l) =T(n)+TstepXa(n); 當(dāng)AP〈〇 且A?〈〇 時(shí)，AT*= _TstepXa(n)，即T(n+1) =T(n)_TstepXa(n)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲方法，其特征在于： 所述建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型步驟中建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的隱藏層含有十五個(gè)神經(jīng)單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲方法，其特征在于： 電磁轉(zhuǎn)矩值初次擾動(dòng)步驟和爬山搜索電磁轉(zhuǎn)矩值及擾動(dòng)步驟中，電磁轉(zhuǎn)矩值是限值輸出 的。
【專利摘要】本發(fā)明公開了風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的一種雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲方法，構(gòu)建以風(fēng)速值、風(fēng)向值、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值為輸入量，電磁轉(zhuǎn)矩值為輸出量的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，再根據(jù)葉尖速比點(diǎn)公式，計(jì)算期望的理論最佳風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值，代入所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中確定電磁轉(zhuǎn)矩值初始控制量，然后采用變步長的爬山搜索法，隨著控制周期數(shù)的升高縮小電磁轉(zhuǎn)矩值變化步長，在小范圍內(nèi)改變電磁轉(zhuǎn)矩值大小以尋找最大功率值點(diǎn)，并在每次搜索前測量實(shí)時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速值，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速值相比整個(gè)搜索開始時(shí)的初始發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速值的變化值超出限值時(shí)，重新啟動(dòng)搜索，在相鄰兩個(gè)控制周期的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速值或者發(fā)電功率值的差值的絕對值小于限值時(shí)結(jié)束搜索。其技術(shù)效果是可以在爬山搜索中避免搜索周期過長或發(fā)生振蕩，保證最大功率的捕獲。
【IPC分類】F03D9-00, G06F17-50
【公開號】CN104612904
【申請?zhí)枴緾N201410743221
【發(fā)明人】李衛(wèi), 孫佳林, 楊文斌
【申請人】上海電氣集團(tuán)股份有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月8日