考虑变化湍流风速条件的风电机组改进自适应转矩控制

周连俊，殷明慧，杨炯明，邹 云，张刘冬

（1. 江苏金风科技有限公司,江苏省盐城市224100；2. 南京理工大学自动化学院,江苏省南京市210094；3. 国网江苏省电力有限公司,江苏省南京市211106）

0 引言

为最大限度捕获风能,风电机组在额定风速以下一般处于最大功率点跟踪（maximum power point tracking,MPPT）运行模式［1-4］。MPPT 控制常用的实现方法主要包括叶尖速比法［5-6］、最优转矩（optimal torque,OT）法［6-10］以及爬山法［11］。其中,OT 法电磁转矩调节平稳,不依赖精确风速信息,被兆瓦级商用风电机组广泛采用,本文也以此类MPPT 方法为研究对象。

对于应用基于系统稳态设计［12］的传统OT 法的大转动惯量风电机组,由于无法足够快速响应风速波动,绝大部分时间都处于MPPT 过程中［12-14］。因此,文献［15］提出了通过调整转矩曲线斜率增大不平衡转矩,以帮助风电机组更快加速和减速的改进思路。在此基础上,文献［8］提出了减小转矩增益（decreased torque gain,DTG）控制。但是,DTG 控制采用的是恒定转矩增益系数,不能适应变化的湍流风速条件,因此,文献［16-17］提出了应用自适应算法迭代搜索最佳转矩增益系数的自适应转矩控制（adaptive torque control,ATC）。该方法对于最佳增益系数的搜索与爬山法原理类似,不需预先辨识风电机组参数,易于批量快速实施,且通用性强。

已有文献指出,变化的湍流风速条件（平均风速、湍流标准差和湍流频率）［18］会导致自适应算法搜索方向出错甚至不收敛［19-21］。其原因在于转矩增益系数的扰动和湍流风速条件变化都会改变风能捕获效率,而自适应算法并没有考虑后者的影响。针对这一问题,文献［21-22］提出了限定寻优区间的ATC,以保证转矩增益始终处于合理范围之内。……