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风电变流技术 MPPT ★ 5.0

一种基于鲁棒自适应极值搜索的风力发电机最优扭矩曲线跟踪

A Robust Adaptive Extremum-Seeking-Based Optimal Torque Curve Tracking for Wind Turbine Generators

作者 Emanuele Fedele · Renato Rizzo
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2024年10月
技术分类 风电变流技术
技术标签 MPPT
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 最优转矩曲线控制 极值搜索优化 最大风能捕获 鲁棒性 风能系统
语言:

中文摘要

最优转矩曲线控制是一种常用技术,可在不直接测量风速的情况下跟踪风力发电系统的最大功率点。然而,该技术依赖于对风力涡轮机空气动力学特性和空气密度的精确了解。由于环境条件多变和涡轮机老化,这些参数可能与标称值有显著差异,从而导致风力发电机运行欠佳。本文提出并实现了一种鲁棒自适应极值搜索优化方法,用于跟踪最优转矩轨迹并实现最大风能捕获。与文献中的其他方法不同,本文利用自适应极值搜索使发电机转矩趋近其最优轨迹,而非为涡轮机设定变速参考值。通过这种方式,可在减少转矩和电功率振荡的情况下实现最大功率点运行。此外,所提出的算法还集成了错误导数估计检测功能,以增强对风速突变的鲁棒性,否则风速突变可能会影响跟踪稳定性和性能。本文给出了在1.5兆瓦风力发电系统上的仿真结果以及在小型试验台上的大量实验结果,以验证所提技术的有效性。

English Abstract

Optimal torque curve control is a common technique used to track the maximum power point of wind energy systems without direct wind measurements. However, it relies on precise knowledge of the turbine's aerodynamic characteristics and air density. Since these parameters can differ significantly from their nominal value due to variable ambient conditions and aging of the turbine, suboptimal operation of the wind generator can occur. In this paper, a robust and adaptive Extremum Seeking optimization to track the optimal torque trajectory and achieve maximum wind energy harvesting is proposed and implemented. Unlike other approaches found in the literature, adaptive Extremum Seeking is leveraged here to drive the generator torque toward its optimal trajectory rather than to define a variable speed set-point for the turbine. By doing so, maximum-power-point operation can be achieved with reduced oscillations in torque and electrical power. Furthermore, the detection of wrong derivative estimates is integrated into the proposed algorithm to acquire robustness against sudden wind changes, which may otherwise compromise tracking stability and performance. The results of simulations on a 1.5 MW wind energy system and extensive experimentation on a small-scale test bench are presented to demonstrate the efficacy of the proposed technique.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的自适应极值搜索最优转矩曲线跟踪技术具有重要的借鉴价值和应用潜力。虽然研究聚焦于风力发电系统,但其核心思想——在参数不确定和环境变化条件下实现最大功率点跟踪(MPPT)——与我司光伏逆变器和储能变流器的控制逻辑高度契合。

该技术的创新点在于直接驱动发电机转矩跟踪最优轨迹,而非传统的变速设定点方法,这显著降低了转矩和电功率振荡。这一思路可迁移至我司的光伏MPPT算法优化中。当前光伏系统面临组件老化、局部阴影、温度漂移等导致的参数偏离问题,传统MPPT算法依赖精确的I-V特性曲线模型,在实际工况下易出现次优运行。借鉴该自适应极值搜索方法,可开发无需精确模型参数的鲁棒MPPT算法,特别适用于大型地面电站的长期运维场景。

论文中集成的"错误导数估计检测"机制对应对突变工况具有重要价值。这对我司储能系统在电网频率突变、负荷冲击等复杂场景下的功率控制稳定性提升具有启发意义。通过类似的自适应机制,可增强储能变流器在弱电网环境下的鲁棒性。

技术成熟度方面,论文已完成1.5MW系统仿真和小型试验台验证,但距离商业化应用仍需解决计算复杂度、实时性要求和多机协调等工程化问题。建议我司研发团队关注该算法在光储融合系统中的应用潜力,特别是在"光伏+储能"微电网场景下,通过多能源协同的自适应优化控制,可进一步提升系统整体效率和经济性,强化我司在智慧能源管理领域的技术领先优势。