【文章內(nèi)容簡介】 已很難大幅提高MPPT性能。，除了主要通過控制器的優(yōu)化改進外，還可通過氣動設(shè)計優(yōu)化來提升風能捕獲效率。但是，沿用傳統(tǒng)氣動設(shè)計目標有可能進一步加劇低風速風機的跟蹤損失。這是因為，由于氣動與控制的分離設(shè)計，氣動設(shè)計師在氣動設(shè)計過程中往往隱含假設(shè)MPPT控制可以保證風力機始終運行于lopt，進而以lopt處的氣動性能最佳為設(shè)計目標。這種僅追求單一工況點氣動性能提升的優(yōu)化方法，會導致優(yōu)化葉片對應(yīng)的CPλ曲線頂端較陡。由于低風速風力機所處的運行風況特點及自身結(jié)構(gòu)特性導致其更長時間運行在非最優(yōu)葉尖速比，尖而窄的CPλ曲線將進一步加劇其跟蹤損失、大幅降低風能捕獲效率。已經(jīng)有氣動設(shè)計開始考慮風力機的轉(zhuǎn)速控制性能。例如，針對定速風力機，以不同風速下風力機輸出功率的加權(quán)和為目標函數(shù)的氣動設(shè)計方法；針對風力機翼型，以多個攻角下翼型升阻比的加權(quán)和為目標函數(shù)的多攻角設(shè)計方法。本質(zhì)上，風力機氣動設(shè)計將目標函數(shù)從傳統(tǒng)的單一工況轉(zhuǎn)變到多工況氣動性能的做法，本身已經(jīng)隱含了氣動設(shè)計對控制動態(tài)的考慮。，沿用分離設(shè)計思想在許多方面不利于進一步解決低風速風力機的跟蹤損失問題。由于風力機的某些本體參數(shù)能夠影響控制性能，而且受到考慮風力機控制的氣動設(shè)計的啟發(fā)，利用風力機本體參數(shù)與MPPT控制之間的協(xié)同效應(yīng)，開展風力機本體參數(shù)與跟蹤控制的一體化設(shè)計，應(yīng)是進一步有效提升低風速風力機風能捕獲效率的一條可行途徑。，在一體化設(shè)計過程中，風力機本體參數(shù)的調(diào)整必須滿足所在學科領(lǐng)域的工程要求，且在實際的設(shè)計/制造標準中的可調(diào)自由度不大。同時，多考慮一個本體參數(shù)，將增加一體化設(shè)計中優(yōu)化分析與計算的復雜度。如果將所有本體參數(shù)都與控制器進行一體化設(shè)計。即使這樣的一體化設(shè)計在理論上是可行的，但僅為效率提升而全面改動風力機本體設(shè)計的代價也是難以接受的。因此，尋找敏感影響風速跟蹤控制性能的本體參數(shù)不僅十分必要，而且使得基于敏感本體參數(shù)的一體化設(shè)計更具潛力和工程意義。這里的敏感本體參數(shù)是指那些經(jīng)過小幅調(diào)整就可以換取閉環(huán)性能明顯提升的參數(shù)。，從以下四個方面展開敘述。，已經(jīng)有研究指出平緩的CPλ曲線更有利于風力機實現(xiàn)MPPT；頂端較陡的CPλ曲線會加劇跟蹤損失問題，甚至導致風輪失去跟蹤能力，從而嚴重影響風力機的效率。另外，大量研究表明，風力機結(jié)構(gòu)參數(shù)——風輪轉(zhuǎn)動慣量的提升不利于風力機的MPPT控制。這些氣動、結(jié)構(gòu)參數(shù)對MPPT控制性能的影響也表明了風力機一體化設(shè)計的必要性。，現(xiàn)有做法主要是通過構(gòu)建同時包含氣動、結(jié)構(gòu)、具體控制器參數(shù)的優(yōu)化模型，將一般處于設(shè)計末尾的控制器設(shè)計提升至與氣動、結(jié)構(gòu)設(shè)計等同對待，進而依賴優(yōu)化算法實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)配合。與參數(shù)聯(lián)合優(yōu)化不同，它們以從控制視角對本體設(shè)計提出具體要求的方式參與風力機本體設(shè)計。以風力機多工況氣動設(shè)計為例，MPPT控制性能的提升希望平緩的CPλ曲線，那么在氣動設(shè)計過程中主動將目標函數(shù)修改為多個工況點的平均氣動性能。這樣，在延續(xù)了經(jīng)典的“先對象設(shè)計、再控制設(shè)計”分離設(shè)計原則的同時可進一步提升系統(tǒng)的閉環(huán)性能，因此，其本質(zhì)仍是一體化設(shè)計。而且，這種一體化設(shè)計方式因為不依賴于具體控制策略而使得設(shè)計結(jié)果更具一般性。，發(fā)現(xiàn)當前的風力機一體化設(shè)計，大多是將氣動、結(jié)構(gòu)與控制多學科模型構(gòu)架在一起，依靠智能算法進行本體參數(shù)與控制器參數(shù)的聯(lián)合數(shù)值尋優(yōu)。許多聯(lián)合優(yōu)化的機理問題，如哪些本體參數(shù)會影響控制性能、本體參數(shù)改變控制性能的機理、有利于控制性能提高的風力機本體參數(shù)的調(diào)節(jié)機制等尚待深入探討。正是由于聯(lián)合優(yōu)化的機理不明確，導致當前的風力機一體化設(shè)計在本體參數(shù)選擇過程中存在一些問題，例如，可能選擇對閉環(huán)系統(tǒng)控制性能無影響的參數(shù)參與到一體化設(shè)計，這樣只能無謂地增加優(yōu)化計算的復雜度；選擇的本體參數(shù)可能對控制性能影響不敏感，控制性能的優(yōu)化可能導致這類不敏感參數(shù)的大幅調(diào)整，這種為了性能的提升而去大幅修改本體設(shè)計的做法在工程上也是難以推進的。，考慮控制性能的風力機氣動設(shè)計以從控制視角對本體設(shè)計提出具體要求的方式間接參與風力機本體設(shè)計。這種一體化設(shè)計方式不依賴于處于末端的具體控制器，而且在延續(xù)了經(jīng)典的分離設(shè)計原則的同時提升了系統(tǒng)的閉環(huán)性能。但該方法目前仍未成熟，亟待探索。因此，解決上述問題的關(guān)鍵在于：在掌握風力機本體參數(shù)對控制效果的影響機理的基礎(chǔ)上，尋找對控制性能影響效應(yīng)敏感的本體參數(shù)，探索考慮敏感本體參數(shù)對控制性能影響的風力機一體化設(shè)計方法。這樣，較小的本體參數(shù)調(diào)整不僅能明顯提升控制性能，且更容易滿足風力機本體設(shè)計的固有約束。，主要研究內(nèi)容包括以下三個方面：首先探索風力機本體參數(shù)對MPPT控制性能的影響機理和作用規(guī)律，并從中提取能夠顯著影響MPPT性能的敏感參數(shù)。然后，深入探索敏感氣動參數(shù)對MPPT的影響機理和作用規(guī)律，并嘗試定量描述這一影響，從而為完成考慮敏感本體參數(shù)對MPPT影響的本體設(shè)計奠定基礎(chǔ)。最后，在借鑒已有的考慮控制性能的風力機本體設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)敏感氣動參數(shù)對M