一种基于最优转矩控制法的风力机控制器参数优化方法与流程

技术特征：
1.一种基于最优转矩控制法的风力机控制器参数优化方法，其特征在于，所述参数优化方法包括以下步骤：s1：基于风电机组的最优转矩控制策略，分别建立风速与输出功率、风速与电磁转矩和风速与转速间的频域特性关系式；s2：根据风机特性关系，分析得到风力发电机的稳定约束；s3，结合风速至转速间的频域关系式的最大幅值及步骤s2中的稳定约束得到相应的稳定可行域；s4：绘制步骤s1中的三个频域特性关系式的最大幅值与控制器pi参数间的关系图，结合风机发电机的稳定约束优化控制器pi的参数值，在满足稳定可行域的基础上，对风机的功率、转矩跟踪及平滑效果进行优化，在保证风机转速稳定的同时，最小化功率及转矩的波动，以获得更平滑稳定的风电输出功率。2.根据权利要求1所述的基于最优转矩控制法的风力机控制器参数优化方法，其特征在于，步骤s1中，分别建立风速与输出功率、风速与电磁转矩和风速与转速间的频域特性关系式的过程包括以下步骤：s11，根据最优转矩控制策略的框图，推导出中间变量s11，根据最优转矩控制策略的框图，推导出中间变量式(1)中，p
e
表示输出功率，ω表示风力机旋转角速度，是偏导符号；t
e0
表示电磁转矩的稳态值；k1为电磁转矩转换系数，由式(2)计算得到：式(2)中，p是发电机极对数，ψ
f
是永磁磁链；g
sω
是发电机的转速环控制器pi的传递函数，具体表达式由式(3)表示：式(3)中k
pω
、k
iω
分别是控制器pi的比例参数、积分参数；s是复数频率；s12，根据步骤s11中求得的l
v
，确定风机从风速到输出功率、转速、转矩的频域关系式分别为：别为：别为：式中，p
w0
表示风机输入功率的稳态值；j为风力机转子的转动惯量，ω0表示风力机旋转角速度的稳态值；k2为风能最大利用系数，由式(7)计算得到；
式(7)中，r是风电场风机桨叶半径；ρ是空气密度；c
p，opt
是最大风能利用系数；λ
opt
为叶尖速比，根据式(8)得到；λ
opt
为最佳叶尖速比；λ
opt
＝ωr/v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)式(8)中ω是风力机旋转角速度，v是风速。3.根据权利要求2所述的基于最优转矩控制法的风力机控制器参数优化方法，其特征在于，步骤s2中，风力发电机的稳定约束为：式(9)中v0是风速的稳态值，δv为风速变化量；δω1为转速下降量，δω
os
为转速下降时产生的超调响应量。4.根据权利要求3所述的基于最优转矩控制法的风力机控制器参数优化方法，其特征在于，步骤s3中，由风速至转速间的频域关系式的最大幅值及步骤s2中的稳定约束得到该优化方法下的稳定可行域；max(|g
ω/v
(jω)|
ω＝0
→
∞
)≤1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)。5.根据权利要求4所述的基于最优转矩控制法的风力机控制器参数优化方法，其特征在于，步骤s4中，结合风机发电机的稳定约束优化控制器pi的参数值的过程包括以下步骤：s41，基于风速的三个频域关系式计算相应的最大幅值：式(11)中，m
p
是风速到输出功率的频域关系式的最大幅值，m
ω
是风速到转速的频域关系式的最大幅值，m
t
是风速到转矩的频域关系式的最大幅值；s42，绘制最大幅值随控制器参数变化的曲线图，纵向对比三个所得的曲线图，结合风力发电机的稳定可行域，选取使m
ω
值不大于1且m
p
、m
t
值最小的控制器参数临界值，将该临界值作为控制器参数的优化值；s43，将优化得到的控制器的参数值与选取的非优化参数值作对比。

技术总结
本发明公开了一种基于最优转矩控制法的风力机控制器参数优化方法，包括：建立风速与输出功率、风速与电磁转矩和风速与转速间的频域特性关系式；根据风机特性关系，分析得到风力发电机的稳定约束；结合风速至转速间的频域关系式的最大幅值及稳定约束得到相应的稳定可行域；绘制三个频域特性关系式的最大幅值与控制器PI参数间的关系图，结合风机发电机的稳定约束优化控制器PI的参数值，在满足稳定可行域的基础上，对风机的功率、转矩跟踪及平滑效果进行优化。本发明合理优化了控制器的参数值，并使得优化参数下风机跟踪获取最大功率的效果更好。此外，风机在获得更加平滑的功率和转矩同时，仍能处于稳定运行可行域内。仍能处于稳定运行可行域内。仍能处于稳定运行可行域内。


技术研发人员：颜全椿 顾文 翟学锋 袁超 唐一铭 刘亚南 莫菲 姚瑶 吴涛 孟嘉 季洁
受保护的技术使用者：江苏方天电力技术有限公司
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/4/26