基于粒子群算法的变速变频风电系统风能捕获方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及风力发电技术领域，尤其设及基于粒子群算法的变速变频风电系统风 能捕获方法。
【背景技术】
[0002] 近海风电具有风速高、端流强度小、风速风向稳定等优点，是风电行业发展的主要 趋势。然而，海上作业的难度导致近海风电机组的维护成本很高，天气和海洋环境的制约使 风电机组故障后难W得到及时修复，运将导致有效发电时间的减少，因此近海风电机组的 可靠性对风电场的经济效益有较大影响。
[0003] 采用可变频率变压器控制多台并联运行的永磁同步风电机组，所构成的变速变频 风电系统，具有W下优点:①在海上采用永磁同步风电机组，无滑环和电刷，故障率较低;② 系统的核屯、设备可变频率变压器安装于陆地上，维护方便;③有功功率主要通过可变频率 变压器流入电网，电力电子装置的容量和成本显著降低，系统过载能力较强。
[0004] 针对该变速变频风电系统，现有的最大风能捕获方法，是采用单变量优化算法，根 据各风力机的风速计算最优的可变频率变压器转速，风能利用率较低。为提高风能利用率， 需在对可变频率变压器转速进行优化的同时，对各台风电机组的奖距角也进行优化。然而， 目前尚未有关于针对可变频率变压器转速和各台风力机奖距角的协同优化方法。
【发明内容】
[0005] 有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于粒子群 算法的变速变频风电系统风能捕获方法，能够对各台永磁同步风电机组的奖距角和可变频 率变压器的转速进行协同优化，实现变速变频风电系统的最大风能捕获。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了基于粒子群算法的变速变频风电系统最大风能捕 获方法，所述变速变频风电系统包括多部永磁同步风电机组和与其连接的可变频率变压 器，所述可变频率变压器连接在工频电网中，所述可变频率变压器包括双馈电机和与双馈 电机机械连接的直流电机，所述直流电机与驱动电路电连接，所述驱动电路与变压器连接， 其特征在于，其工作包括W下步骤：
[0007] 步骤1:采集变速变频风电系统中各台永磁同步风电机组的实时风速，赋给Μ维风 速向量戸=阮&:，…馬f;
[000引步骤2:随机初始化粒子群，设定每个粒子的初始位置和速度，所述粒子群由N个粒 子组成，每个粒子在多维空间中的位置均表示为W下形式的向量：
[0009] ^=[A,，A ?，...，A',，巧.…]'，（/二l，2，...，A〇
[0010]其中，βι,功第i个粒子中第j台永磁同步风电机组的奖距角，c〇i,vFT为第i个粒子中 可变频率变压器的转速；
[0011]步骤3:粒子群中各粒子的适应度值按W下公式计算：
[0012]
[OOK]其中，P为空气密度，A为叶片扫掠面积，第k台永磁同步风电机组的功率系数Ck(Vk， 化，ω VFT)如下：
[00141
[0015] 其中，R为永磁同步风电机组的叶片半径，Wgrid为电网同步角速度，PWT和PVFT分别 为永磁同步风电机组和可变频率变压器的极对数，Κι至K6为由风电机组翼型决定的系数；
[0016] 步骤4:将各粒子的初始位置χ(〇)作为其历史最佳位置病并计算其适应度值，然后 从粒子群中挑选适应度值最大的粒子为当前全局最优粒子，其位置记为馬:;
[0017] 步骤5:根据下式更新各粒子的速度和位置
[001 引
[0019] 其中，巧:、C1、C2为常数，:Γ1和r劝随机数；
[0020] 步骤6:若步骤5中某粒子?々+1)中的某个维度超过风电机组奖距角或可变频率变 压器转速的调节范围，如知(化1) € [度虹，属組]，化=1，2，。'，1)或巧一,(^ + 1)引巧时頭，巧川職]， 则将其设定在调节范围的边界；
[0021] 步骤7:采用步骤3的方法计算出更新后的每个粒子对? + 1)的适应度值，并将其与 自身历史最佳位置島和全局历史最佳位置馬所对应的适应度值比较，若当前粒子的适应 度值更高，则用其替换相应的ft或戶，；
[0022] 步骤8:重复步骤5-7直至迭代收敛，可获得全局最优粒子如下：
[0023]
[0024] 其中捉1，扣2，…，PgM为各台永磁同步风电机组的最优奖距角，ω gVFT为可变频率变 压器的最优转速；
[002引步骤9 :将故1，帖，…，PgM赋给相应风电机组的奖距角控制器，将ω gVFT赋给可变频 率变压器的转速控制器。
[0026] 本发明的有益效果是：
[0027] 本发明通过对风电机组奖距角和可变频率变压器转速的协同优化，提高了由可变 频率变压器和多台并联运行的永磁同步风电机组构成的变速变频风电系统的风能利用效 率。
[0028] W下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，W 充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明适用的由可变频率变压器和多台并联运行的永磁同步风电机组构成 的变速变频风电系统拓扑结构图；
[0030] 图2为本发明用于验证控制方法效果的一组时变风速图；
[0031 ]图3为本发明控制方法下粒子群的最佳适应度值收敛曲线图；
[0032] 图4为本发明控制方法下各台永磁同步风电机组的奖距角优化结果图；
[0033] 图5为本发明控制方法下和单变量优化方法下可变频率变压器转速优化结果的对 比图；
[0034] 图6为本发明控制方法下和单变量优化方法下变速变频风电系统输出功率的对比 图。
【具体实施方式】
[0035] 如图1所示，基于粒子群算法的变速变频风电系统最大风能捕获方法，所述变速变 频风电系统包括多部永磁同步风电机组和与其连接的可变频率变压器，所述可变频率变压 器连接在工频电网中，所述可变频率变压器包括双馈电机和与双馈电机机械连接的直流电 机，所述直流电机与驱动电路电连接，所述驱动电路与变压器连接，其特征在于，其工作包 括W下步骤：
[0036] 步骤1:采集变速变频风电系统中各台永磁同步风电机组的实时风速，赋给Μ维风 速向量 r 二[[一
[0037] 步骤2:随机初始化粒子群，设定