提升风电机组发电效率是倍受风电行业关注的关键问题之一。
从能量源头入手，通过提高风轮最大功率点跟踪性能捕获更多的风能，是提升发电效率的首要环节。
南京理工大学风电系统控制与友好并网科研团队提出了一种转矩增益动态优化的最大功率点跟踪控制方法。
相比现有方法，该方法能够在维持高风能捕获效率的前提下，大幅降低所需的计算和时间成本，便于应对商业风电机组的批量化定制与快速部署需求。
实验结果验证了所提方法的有效性。
研究背景风电在实现双碳战略目标的具体行动路径中起到有力支撑作用。
面对平价上网、财政退补政策环境，通过技术的革新降本增效，是风电行业健康有序地响应国家战略布局的核心需求。
论文聚焦于提升风电机组最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）运行阶段的风能捕获效率。
鉴于该阶段贡献的发电量占到整机发电量一半以上，提升MPPT效率对于整机降本增效起到重要作用。
论文所解决的问题及意义最优转矩法是实现风电机组MPPT的常用方法。
通过修改转矩曲线的增益系数，可提高其在湍流风速下的风能捕获效率。
前提条件是，全面考虑湍流风速特征的影响，对转矩增益系数进行合理设定。
现有研究通过离线构建描述最优转矩增益系数与湍流特征指标数量关系的最优参数模型，指导转矩增益系数随时变湍流风速特征的在线动态优化。
然而，由于最优转矩增益系数同时与平均风速、湍流强度及湍流频率3个特征指标存在复杂的非线性函数关系，需要基于特征各不相同的大量湍流风速序列，遍历搜索对应的最优转矩增益系数，才能获得构建最优参数模型所需的足够量的样本。
巨大的动态仿真计算量非常耗时，很难批量化工程应用。
本文发现最优转矩增益系数与最优转矩法对应的风能捕获效率存在强相关性，进而将基于 3 变量的最优参数模型降维简化为单变量，在此基础上提出了一种转矩增益动态优化的MPPT控制方法。
该方法在同样全面考虑湍流风速特征、维持高风能捕获效率的同时，显著降低了构建最优参数模型的计算与时间成本，便于快速批量化部署。
论文方法及创新点1、提出湍流特征影响MPPT的综合刻画指标图12、引入数字孪生风电机组图2 转矩曲线增益系数动态优化方法的原理框图3、仿真验证本文利用风电机组设计仿真软件FAST，以NREL CART3风电机组为对象，对所提方法进行了仿真验证。
结果表明，本文方法和现有方法对应的风能捕获效率接近，如图3所示。
图3表1本文同时开启10个FAST进程，总计耗时约2.3天完成了全部风速序列样本的遍历工作。
若基于同样的计算负载，复现已有方法预计耗时约112.7天。
为了加速该过程，启用了另外两台同样配置的工作站，最终历时40天才完成全部遍历工作。
结论对于广泛应用的最优转矩法，转矩曲线的参数优化受到湍流风况以及机组气动、结构参数等因素的影响，如何在运行过程中根据影响因素的变化动态优化调整转矩曲线成为提升风能捕获的关键所在。
本文提出了将最优转矩法对应风能捕获效率作为刻画多个MPPT影响因素综合作用的单值指标，通过将其作为最优转矩增益系数模型的唯一输入变量，大幅简化了构建该优化模型的复杂程度。
通过引入数字孪生风电机组，解决了最优转矩法对应风能捕获效率无法直接获得的问题，在此基础上提出了转矩曲线增益动态优化的MPPT控制方法。
仿真结果表明，本文方法能够在保证高效捕获风能的同时，大幅降低离线构建最优转矩增益系数模型的计算和时间成本，便于应对商业风电机组的批量化定制与快速部署。
团队介绍南京理工大学风电控制与友好并网科研团队长期致力于风电控制技术的科研与实践，在风能高效捕获、风电友好并网和含风电电力系统动模实验平台等方面已经取得了丰硕的研究成果。
承担国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省科技成果转化基金、电网/风电企业科技项目等十余项科研项目，发表学术论文70余篇，出版学术专著1部，授权发明专利60余项。
获江苏省科学技术奖3项，江苏省电力科技进步奖2项。
与国网江苏省电力有限公司、金风科技等企业开展长期紧密的产学研合作，共建“江苏省海上风电设计制造与友好并网工程研究中心”。
本文通信作者为南京理工大学殷明慧教授，博士生导师，江苏高校“青蓝工程”中青年学术带头人。
一直从事风电控制、风电系统动模实验和电力系统分析等方面的研究工作。
本工作成果发表在2023年第13期《电工技术学报》，论文标题为“面向风电机组最大功率点跟踪的转矩曲线增益动态优化”。
本课题得到国家自然科学基金项目、江苏省青蓝工程和江苏省科技成果转化专项资金项目和江苏省卓越博士后计划资助的支持。
