風車出力を増大する風速変動対応型・動的MPPT制御システムの開発

开发兼容风速波动的动态MPPT控制系统，提高风机出力

基本信息

批准号：
21K14153
负责人：
又吉秀仁
金额：
$ 3万
依托单位：
Osaka Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

風力発電機は風速に対して最適な回転速度でブレードを回転させることにより、最大電力で発電することが可能となる。しかし、風速変動の大きい風況下において大きな慣性モーメントを持つ風力発電機の回転速度を迅速に制御することは難しく、発電出力は最大で40%以上減少する。特に風速変動が頻繁である日本においては、風速変動による風車発電出力の低下は重大な問題である。そこで当該研究では、機械学習を用いて様々な風速変動の頻度と大きさ、風速の現在値、風車回転速度のパターンを考慮し最適な回転速度で風車を運転することができる動的MPPT (DMPPT: Dynamic-MPPT) 制御システムを開発する。2022年度はシミュレーションにより様々なパターンの風力発電を検証し、風速変動下において風力発電をどれほど効率的に行えたかを評価する「風車の動的効率」を定義した。またその結果を基に、風力発電の効率をより高く維持するための新たなる制御手法を提案した。提案アルゴリズムは風速が下降したときの回転速度の減速を抑制する。一方、風速が大きくなると、従来のMPPT制御と同様に回転速度の加速が行われる。つまり、提案アルゴリズムでは回転速度の維持に重点を置き、不安定な風況における発電効率を改善することが可能である。提案アルゴリズムのシミュレーション結果から、風速変動が大きく平均風速が小さい場合に有効性が高く発揮され、特定の条件下では従来の2~3倍程度の発電が可能となることを確認した。

风力发电机可以通过使叶片以相对于风速的最佳转速旋转来产生最大功率。然而，转动惯量较大的风力发电机在风速波动较大的风况下，很难快速控制转速，发电量下降可达40%以上。特别是在风速波动频繁的日本，风速波动导致的风力发电机发电量下降是一个严重的问题。因此，在本研究中，我们利用机器学习来考虑各种风速波动的频率和幅度、风速的当前值以及风力涡轮机转速的模式，以最佳转速运行风力涡轮机：动态。 -MPPT）控制系统。 2022财年，我们通过模拟验证了风力发电的各种模式，并定义了“风力涡轮机的动态效率”，它评估风力发电在波动风速下的效率。基于结果，我们还提出了一种新的控制方法来保持更高的风力发电效率。所提出的算法抑制了风速降低时的转速减速度。另一方面，当风速增大时，转速会像传统 MPPT 控制一样加快。换句话说，该算法侧重于保持转速，可以在不稳定风况下提高发电效率。从仿真结果来看，我们证实该算法在风速波动较大且平均风速较小时非常有效，并且在一定条件下可以产生约2至3倍的电力。常规方法。