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。

风力涡轮机发电机可以通过以最佳的旋转速度旋转刀片，以最大程度地发电。但是，在风速较大的风速波动中，很难快速控制风力涡轮机发电机的旋转速度，而发电速度的发电速度则降低了40％或更多。在日本，风速波动特别频繁，由于风速波动而导致的风力涡轮发电产量的下降是一个严重的问题。因此，在这项研究中，我们将开发一个动态MPPT（DMPPT）控制系统，该系统可以以最佳的旋转速度运行风力涡轮机，并考虑到使用机器学习的各种风速波动，当前风速速度值以及风力涡轮机旋转速度的模式的频率和幅度。在2022年，我们通过模拟评估了风力发电的各种模式，并定义了“风力涡轮机动态效率”，该模式在风速波动下评估了风力发电的有效产生程度。根据结果，我们提出了一种新的控制方法，以维持更高的风能发电效率。当风速降低时，提出的算法会抑制旋转速度的减速。另一方面，当风速增加时，旋转速度的加速方式与常规MPPT控制中的方式相同。换句话说，所提出的算法着重于保持旋转速度，并可以提高风速不稳定的发电效率。根据所提出的算法的仿真结果，可以证实，当风速波动很大并且平均风速很小时，它非常有效，并且在某些条件下，可以在传统的情况下产生电力约2至3倍。