【论文】最大风能捕获改进爬山法研究

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风能的开发利用已受到世界各国的高度重视,最大风能捕获问题是风力发电系统中的关键问题之一。爬山法是实现最大风能捕获的常用方法,在实际应用中存在初始转速随机选择或经验选择、初始步长与步长变化靠经验选取等问题。本文围绕最大风能捕获问题,研究爬山法常见问题,改进最大风能捕获点搜索方法,实现找到最大风能捕获点。首先,对风力发电系统的特性进行分析,根据直驱式风力发电系统的原理及相关数学建模,采用Simulink仿真工具,建立了永磁风力发电系统的仿真模型。其次,针对爬山法初始角速度选取不确定问题,引入最佳叶尖速比法,给出了最佳叶尖速比爬山法,将最佳叶尖速比法获得的最佳角速度作为爬山法的起始角速度;在最佳叶尖速比法的基础上,针对爬山法初始步长选取问题,通过对使用最佳叶尖速比法得到的最佳角速度的误差分析,提出了自适应初始步长爬山法;仿真结果表明提出的自适应爬山法加快了搜索速度,改进了搜索效果。进一步通过对风能利用系数曲线的分析,根据在接近最大风能捕获点范围内的爬山搜索后期的特点,提出了自适应变比例因子爬山法。仿真结果分析表明,所提出的方法使系统在最大风能捕获点的震荡减小。最后,针对最佳叶尖速比法获得的初始爬山角速度与最佳角速度间误差较大问题,提出了模糊搜索算法,在最佳叶尖速比法的基础上,利用模糊搜索获取角速度误差修正量,得到与最佳角速度误差较小的爬山角速度初始值,此后利用第四章的改进爬山法搜索得到最佳角速度;在模糊控制器的设计方面,以风速以及风能利用系数曲线斜率为输入,由最佳叶尖速比法确定的爬山法初始加速度校正值为输出。由根据数据分析确定了输入输出量论域,利用最佳叶尖速比法误差大小与风速的关系、风能利用系数大小与最佳转速点误差的关系确定模糊规则;实验结果分析表明,所提方法进一步加快搜索速度与减小最大风能捕获点处的震荡。