隨著高風(fēng)速風(fēng)能資源的開發(fā)殆盡,風(fēng)能蘊含總量巨大且更加接近負荷中心的低風(fēng)速風(fēng)能逐步成為風(fēng)力發(fā)電的新增長點。但是,面對復(fù)雜的低風(fēng)速湍流風(fēng)況和更大風(fēng)輪轉(zhuǎn)動慣量的共同影響,低風(fēng)速風(fēng)能高效率捕獲面臨巨大的挑戰(zhàn),沿用傳統(tǒng)最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking,MPPT）控制很難使低風(fēng)速風(fēng)力機獲得令人滿意的風(fēng)能捕獲效率。為此,本文針對低風(fēng)速風(fēng)力機的運行風(fēng)況及其結(jié)構(gòu)特點,總結(jié)出低風(fēng)速風(fēng)力機MPPT控制器設(shè)計所需關(guān)注的設(shè)計要素。圍繞這些設(shè)計要素,本文分析比較了最優(yōu)轉(zhuǎn)矩法和葉尖速比法兩類常見MPPT方法的不足,并分別提出了改進控制策略。本文取得的主要成果如下:1.針對低風(fēng)速湍流風(fēng)況與大尺寸風(fēng)輪的緩慢動態(tài)特性,本文總結(jié)了低風(fēng)速風(fēng)力機MPPT控制器設(shè)計需要關(guān)注的三個設(shè)計要素,包括轉(zhuǎn)速跟蹤性能、風(fēng)力機載荷和執(zhí)行機構(gòu)限制。在此基礎(chǔ)上,圍繞這些設(shè)計要素分析得到:最優(yōu)轉(zhuǎn)矩法因受限于其實現(xiàn)原理而具有較差的轉(zhuǎn)速跟蹤性能;葉尖速比法在提升轉(zhuǎn)速跟蹤性能的同時使風(fēng)力機承受更大的載荷;發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍限制會顯著影響MPPT控制器的實際控制效果。因此,對于兩類MPPT控制方法的改進,需要兼顧... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?“轉(zhuǎn)速一最大氣動功率”曲線［１６１１＞??２圖１．１中“氣動功率－風(fēng)輪轉(zhuǎn)速”曲線根據(jù)美國國家可再生能源實驗室（Ｎａｔｉｏｎａｌ?Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ?Ｈｎｅｒｇｙ?Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，?ＮＲＥＬ）??９７，１５Ｇ

轉(zhuǎn)矩的做法??能夠在一定程度上提升風(fēng)力機的動態(tài)性能，但這卻不可避免的受到發(fā)電機額定容量的??限制。事實上，Ｅ．Ａ．Ｂｏｓｓａｎｙｉ早在論文中指出｜３（）］，雖然在一些算例中通過改進跟蹤算??法能夠獲得３％的效率提升，但這同時會導(dǎo)致超過發(fā)電機額定容量３？４倍的功率波動，??顯然不切實際。與此同時，受發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩波動影響，轉(zhuǎn)速跟蹤精度的提升也會增??大風(fēng)力機載荷｜１２，３Ｋ３３］。這將對風(fēng)力機的運行安全和使用壽命帶來非常不利的影響，因??此也需要在ＭＰＰＴ控制器設(shè)計中加以考慮。??如圖１．３所示，風(fēng)速的快速變化與風(fēng)力機的慢動態(tài)特性是一對由環(huán)境和自身條件??共同導(dǎo)致的矛盾。而低風(fēng)速風(fēng)場的高湍流特性又進一步擴大了風(fēng)力機跟蹤性能與風(fēng)速??所決定的跟蹤要求之間的差異１２３？’３４］，給低風(fēng)速風(fēng)力機的ＭＰＰＴ控制提出了更高的要??求。??乂?ｆｒ?Ｈｉｍｊｌ??二者協(xié)調(diào)受艦力Ｉ??機運行的諸多限制■??圖１．３低風(fēng)速風(fēng)力機最大功率點跟蹤面臨的挑戰(zhàn)??面對不再理想的風(fēng)速場景，設(shè)計條件和應(yīng)用風(fēng)場相對理想的傳統(tǒng)ＭＰＰＴ控制方法??已不能獲得令人滿意的風(fēng)能捕獲效率，需要根據(jù)低風(fēng)速風(fēng)力機的特點進行有針對性的??改進。嘗試依靠先進的控制手段更大限度地捕獲風(fēng)能，對進一步提升風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在??低風(fēng)速地區(qū)的應(yīng)用前景具有十分重要的意義。??特別地，雖然爬山法因其對模型的依賴程度極低而得到廣泛的關(guān)注［３５４４］，但由于??風(fēng)速的快速波動和風(fēng)力機的大轉(zhuǎn)動慣量都會對該方法最大功率點的搜索造成影響１２１，??４５１，因此難以應(yīng)用于大型低風(fēng)速風(fēng)力機。基于這一原因，本文并未涉及針對爬山法的??研宄和改進。??４??

１緒論?博士學(xué)位論文??比較，尋找現(xiàn)有不同ＭＰＰＴ控制方法應(yīng)用于低風(fēng)速風(fēng)力機的優(yōu)勢和不足，并以此作為??ＭＰＰＴ控制策略改進的基礎(chǔ)和依據(jù)。??（３）圍繞三種設(shè)計要素的ＭＰＰＴ控制方法優(yōu)化改進??在上述性能分析的基礎(chǔ)上，本文針對不同ＭＰＰＴ方法用于低風(fēng)速風(fēng)力機存在的不??足分別進行改進，并設(shè)計得到適用于低風(fēng)速風(fēng)力機的ＭＰＰＴ控制器，提高低風(fēng)速風(fēng)力??機在低風(fēng)速復(fù)雜湍流風(fēng)況下的風(fēng)能捕獲能力。??在此基礎(chǔ)上，本文的研究路線如圖１．４所示。??面對ａ雜的湍流風(fēng)況?ｊ?Ｉ?ｗ冇史人的轉(zhuǎn)動慣（ｉｔ?????—?????—?ｊ?石開??—?—ｆ——?—?——‘…、?５??更高的轉(zhuǎn)速跟蹤要求?ＭＰＰＴ控制受到諸多限制?更差的轉(zhuǎn)速跟蹤能力?＾??風(fēng)速的快速波動使得風(fēng)力機耑耍史電磁轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)受發(fā)電機荇ｍ限制，風(fēng)力機的大轉(zhuǎn)動慣ｆｉｔ使其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)?Ｍ??快的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)以響應(yīng)風(fēng)速變化?而激進的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)也會增人栽荷?更加遲緩，難以快速響應(yīng)風(fēng)速變化?????■?－?Ｊ?＾?＾??—?Ｊ??—?—?—?—?—?——－…—?ｔ?－??—?——??Ｈｄ????：?－??轉(zhuǎn)速跟蹤性能?風(fēng)力機載荷?執(zhí)行機構(gòu)限制??ＭＰＰＴ控制應(yīng)使風(fēng)力機具有良好的?ＭＰＰＴ控制應(yīng)避免給風(fēng)力機帶來過?電磁轉(zhuǎn)矩指令應(yīng)避免超出發(fā)電機ＩＩＪ■丨￥??轉(zhuǎn)速跟蹤艦械風(fēng)速變化?高的栽荷以保證其使睛命：餐執(zhí)行范丨樹以便達到酬控制效梁；：丨文??議?．?????＂??；工??＾?作??Ｈ?傳統(tǒng)敁優(yōu)轉(zhuǎn)矩法缺少影響?ＭＴＩ「：線性反饋的葉尖速比?｜?受限Ｔ電磁轉(zhuǎn)

【參考文獻】：
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本文編號：3255575