《複雜風場最大功率點跟蹤控制的機理分析與設計》是依託南京理工大學，由殷明慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：複雜風場最大功率點跟蹤控制的機理分析與設計
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：殷明慧
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著高風速低湍流理想風場資源開發已趨枯竭，未來風電發展不得不轉向低風速高湍流複雜風場以尋求更大突破。面對從理想風場向複雜風場的套用場景轉變及帶來不利於風能捕獲的風速環境，在傳統最大功率點跟蹤控制設計中因僅針對前者場景而只定義平衡點，且忽略跟蹤動態及風速影響的設計缺陷導致了風輪難以回響風速波動的跟蹤問題，已成為阻礙風機高效率捕獲風能的瓶頸。因此，研究風速影響機理，且針對複雜風場設計跟蹤控制策略是解決當前硬體相對成熟的風機在複雜風場高效率套用的便捷途徑。本項目旨在全面分析刻畫影響風輪跟蹤的複雜場景風速特徵，並籍此運用非線性動力學原理和仿真試驗，揭示風速對風輪動態性能、跟蹤過程及相關控制的影響機理，為進一步設計研究與工程實現大轉動慣量風機在複雜風場高效率捕獲風能的風輪跟蹤控制系統奠定基礎。
結題摘要
隨著蘊含優良風能資源的高風速風場已開發殆盡，風能儲量巨大的低風速風場已逐漸成為我國可再生能源發電的重要組成部分。但是，即便有成熟的高風速風機可供借鑑，運行風況的本質改變以及由此引發的風機尺寸大型化，卻嚴重影響低風速風機的最大功率點跟蹤（MPPT）控制性能，從而降低其發電效率和運行效益。因此，刻畫和揭示低風速風場的複雜風況對MPPT控制的影響機理，進而設計出全面考慮湍流風況及風輪動態的MPPT控制策略，是提升低風速風機發電效率的有效途徑。為此，1、本項目基於實測風速數據的分析，提出了之前被忽視卻明顯影響跟蹤性能的風速特徵——湍流頻率，並將影響MPPT控制性能的湍流風速歸納提煉為平均風速、湍流強度和湍流頻率三類統計特徵；2、基於風機數值仿真與實驗分析，本項目總結了湍流風速的上述特徵和風機主要結構參數對MPPT的影響規律和作用機理，並將影響機理歸納為改變跟蹤性能和跟蹤要求兩大方面；3、在此基礎上，本項目提出了綜合考慮風輪跟蹤動態與時變湍流風況的MPPT控制策略，改善了大轉動慣量風機的MPPT效果；4、本項目研製出針對大型風機緩慢機械動態的動模實驗平台。基於穩定性分析提出的轉動慣量補償算法解決了傳統模擬器在模擬大轉動慣量風機時出現的振盪失穩問題，使得該實驗平台能夠模擬出MW級低風速風機的緩慢跟蹤過程，為控制策略的檢驗提供了更具說服力的實驗手段；5、風機仿真和動模實驗的數據表明，本項目提出的MPPT控制策略能夠提高風能捕獲效率1%~2%，這對於提升低風速風機的運行效益、提高市場競爭力具有工程意義。除了完成上述計畫任務之外，本項目小組還將研究視角從MPPT控制擴展到風機結構與MPPT控制聯合設計的一體化設計，因為我們發現：忽視風機結構參數與MPPT控制的耦合效應，而僅設計最佳化控制器將很難進一步提升風機發電效率。在此方向上，本項目1、發現在眾多的風機結構設計參數中，葉片氣動參數表現出與MPPT控制性能較為敏感的耦合效應；2、而考慮MPPT控制的葉片氣動參數最佳化調整已初步體現出，一體化設計對於進一步提升低風速風機的效率，效果顯著、潛力巨大，值得進一步深入研究。
