摘要：当风速高于切入风速且低于额定风速时，变速恒频风电机组通常采用最大功率点跟踪（Maximum power point tracking, MPPT）的控制策略，旨在寻找使得发 电效率最大的最佳工作点。其中最优转矩法因其易于实现的特点而被广泛使用， 但是随着研究的进展，发现最优转矩法的发电效率还存在进一步的提升空间，于 是针对此问题，一些改进动态性能的方法被提出。本文对这一类方法进行了理论 阐释，然后在仿真软件中将这些方法实现，并就两个指标——实时转速和平均风 能捕获效率，对几种方法进行了对比分析，最后提出了一种优化方案，并通过仿 真表明其效率要优于原先的方法。

关键词 变速风力机；MPPT；最优转矩法；动态性能；FAST 仿真

Title Implementation, analysis and optimization of  Optimal Torque control for improving dynamic performance of wind turbine MPPT control

Abstract：Variable speed wind turbine often uses maximum power point tracking  control (MPPT) when wind speed is higher than the cut speed and lower than the rated wind speed. The MPPT control is designed to find the best operating point for maximizing power efficiency. The optimal torque (OT) control is widely used because it is easy to implement. However, with the development of science, the OT control is found that its power efficiency can be improved. In order to solve this problem, some methods are proposed to improve dynamic performance. The principle of this kind methods are given in this paper. These methods are implemented in the simulation tool named FAST. And then comparisons and analyses are made based on two parameters which are real-time speed and fractional average power. At the last of this paper, an optimization method is proposed and its simulation results show that it has higher efficiency than the original method.

Keywords Variable speed wind turbine; Optimal Torque control; Dynamic performance; Simulation by FAST

目次

1绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2课题研究现状 1

1.3本文研究的主要内容 2

2风力机模型 3

2.1风速模型 3

2.2风力机的空气动力学模型 4

2.3风力机的传动链模型 6

2.3.1刚性轴模型 7

2.3.2柔性轴模型 7

2.4仿真工具 8

2.4.1风速生成软件 8

2.4.2风力机仿真软件 9

2.5本章小结 10

3最优转矩法及其改进方法 11

3.1实现MPPT控制的最优转矩法 11

3.2最优转矩法改进方法 12

3.2.1减小转矩增益控制 13

3.2.2自适应转矩控制 13

3.2.3最优转子跟踪控制 14

3.5本章小结 15

4最优转矩法及其改进方法的实现与分析 16

4.1传统最优转矩法 16

4.2减小转矩增益控制 18

第II页 本科毕业设计说明书

4.3自适应转矩控制 20

4.3.1算法实现 20

4.3.2失效现象分析 21

4.4最优转子跟踪控制 23

4.4.1算法实现 23

4.4.2最优转子控制与减小转矩增益控制结合 24

4.5几种方法的比较分析 26

4.6本章小结 27

结论 28

致谢 29

参考文献 30

1绪论

1.1研究背景及意义

随着科技的迅猛发展，社会的进步已越来越离不开各种能源。在上世纪发展中，人类所用的多以化石能源为主，但是化石能源的生成周期很长，至少也要上万年时间，所以在未来的发展中，人类有必要减少对化石能源的依赖；另一方面，石油等能源燃烧产生的、碳化合物不仅会对环境造成污染，即使如二氧化碳等无污染的化合物，也会加强大气的保温作用，造成的结果必然是全球升温，海平面升高。所以从20世纪90年代起，人类把目光投向了以太阳能、风能为主的可再生能源[1]。截至2013年，全世界的风电容量已超过300GW，世界上有风电装机的国家达到80个，主要分布在欧洲、美洲还有亚洲。全球各国都已认识到能源紧缺的问题，逐步从化石能源过渡到可再生能源。