一種風力發(fā)電最大功率點跟蹤控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術(shù),特別涉及一種自動對焦的最大功率點跟蹤控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風電作為一種清潔無污染的新能源，其技術(shù)革新成為更好利用風能的重點。在世 界風電發(fā)展迅速的背景下，利用最大功率點跟蹤（MPPT)技術(shù)提高風能利用效率是風電技 術(shù)面臨的挑戰(zhàn)之一。目前大多數(shù)MPPT控制策略響應(yīng)速度較慢，控制精度較差，控制效率有 待提高。大多數(shù)直驅(qū)永磁同步發(fā)電機組（D-PMSG)中的MPPT控制采用葉尖速比法、爬山法 及功率反饋法。葉尖速比法原理簡單，但需要測量精確的實時風速，因此控制精度難以保 證；功率反饋法雖然能實現(xiàn)功率跟蹤，但全功率變流器的電力電子器件損耗難以計量，并網(wǎng) 側(cè)功率不能等同于發(fā)電機輸出功率，因此這種方法的誤差較大；大多數(shù)改進的爬山法雖然 搜索精度較高，但往往搜索時間較長，控制的響應(yīng)速度較慢，效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有風力發(fā)電最大功率跟蹤控制方法所存在的響應(yīng)速度 較慢，控制精度較差，控制策略復雜的問題，提供一種新的最大功率點跟蹤控制方法。以提 高風能捕獲效率，并兼顧功率輸出的穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)損耗，提高并網(wǎng)質(zhì)量。
[0004] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
[0005] -種風力發(fā)電最大功率點跟蹤控制方法,包括以下步驟：
[0006] ( -）設(shè)定源點
輸入功率-轉(zhuǎn)速函數(shù)P = f ( ω )，得到兩個轉(zhuǎn)速ω 3和 ω " 3 ;其中所述的匕為風力發(fā)電機額定功率，N = 2~4。
[0007] (二）取 ％ = ω " 3-h 和 ω2 = ω " 3+h，其中 h 為固定值；
[0008] (三）將ω i和ω 2輸入功率-轉(zhuǎn)速函數(shù)，輸出對應(yīng)函數(shù)值fi和f2 ;
[0009] (四）取步長k，〇^和GJ2Wk為步長沿X軸正方向搜索，GJ3Wk為步長沿相反 方向搜索，直到Tff 2的符號發(fā)生改變時停止搜索；
[0010] (五）根據(jù)停止搜索時的fp f2和f3,以及與之對應(yīng)的轉(zhuǎn)速值，求解m、η :
[0013] 根據(jù)m或η確定粗調(diào)的范圍為ω3-2ηι到ω3，或者ω 3-2η到ω3。
[0014] (六）在確定的粗調(diào)范圍內(nèi)取三個轉(zhuǎn)速ω ' P ω ' 2和ω ' 3,輸入功率-轉(zhuǎn)速函 數(shù)確定相應(yīng)函數(shù)值f/、f2'和f3';
[0015] (七）將f/、f2'和fV以及轉(zhuǎn)速ω' i、ω' 2和ω' 3分別輸入高斯公式
[0017] 聯(lián)合求解得到高斯中心
[0019] 即為最佳轉(zhuǎn)速值。
[0020] 進一步，如需提1?精度，可以在粗調(diào)范圍內(nèi)取多組數(shù)據(jù)，利用1?斯公式聯(lián)合計算1? 斯中心，最后取平均值即可。
[0021] 進一步，分析D-PMSG的數(shù)學機理，在Power Simulation中建立合理的系統(tǒng)完整模 型，搭建基于雙PWM控制的雙閉環(huán)回路，在發(fā)電機側(cè)外環(huán)控制輸入端建立MPPT控制模塊，通 過對系統(tǒng)模型的仿真分析各參數(shù)。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0023] 本發(fā)明從提高風力發(fā)電實際運行效率出發(fā),利用自動對焦方法追蹤最大功率值， 捕獲最大風能，該發(fā)明適應(yīng)性和抗干擾性強，搜索范圍大，速度快，精度高；本發(fā)明中系統(tǒng)模 塊設(shè)計合理、完整，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，有利于風力發(fā)電并網(wǎng)，適應(yīng)風力發(fā)電控制要求。
【附圖說明】：
[0024] 圖1為不同風速下轉(zhuǎn)速-功率函數(shù)幾何圖形。
[0025] 圖2為特定風速下的P與ω的函數(shù)圖形（近似于二次函數(shù)形）。
[0026] 圖3為一定風速下的曲線，在大范圍搜索時表現(xiàn)為標準的對稱函數(shù)幾何圖，可等 效為等腰三角形（虛線三角形Λ ABC)。
[0027] 圖4風能利用系數(shù)和發(fā)電機輸出功率，風速發(fā)生突變時，風能利用系數(shù)的變化情 況和輸出功率的仿真結(jié)果。
[0028] 圖5網(wǎng)側(cè)直流電壓和三相動態(tài)電流，并網(wǎng)側(cè)直流電壓控制結(jié)果和三相電流的動態(tài) 響應(yīng)曲線。
【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應(yīng)將此理解為 本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā) 明的范圍。
[0030] 采用本發(fā)明方法可以快速的跟蹤控制風力發(fā)電電機達到最大功率,原理如下：已 知風力發(fā)電機輸出功率P與風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速ω的函數(shù)關(guān)系為：
[0033] 公式中：Y為葉尖速比；ω為轉(zhuǎn)速；P為功率，ρ為空氣密度，Cp為風能利用系數(shù)， V為風速。P、r、V是常數(shù)，β取0,因此可得到一個P與ω的函數(shù)曲線。不同風速下，功 率-轉(zhuǎn)速函數(shù)曲線的幾何圖形如圖1所示。在特定風速下的功率-轉(zhuǎn)速函數(shù)曲線的圖形大 致如圖2所示，可粗略的認為功率P與轉(zhuǎn)速ω是二次函數(shù)曲線（即P = f(co)近似于二次 函數(shù)曲線）。
[0034] 下面結(jié)合具體的實施步驟，對本發(fā)明原理進行分析說明。
[0035] ( -）在風力發(fā)電機的工作特性曲線中，額定風速對應(yīng)一個額定功率（PJ，取額 定功率的一半作為源點，用函數(shù)&表示（即f 3 = PyN，N = 2)，輸入功率-轉(zhuǎn)速函數(shù)P = f(?)，得到兩個轉(zhuǎn)速值《3和《" 3()。如果功率未落到曲線上（無法輸出轉(zhuǎn)速），則適當 增大N值或者將f3折半（即f 3 = PyN，N = 4)，使目標功率降低，直到得到《3和ω" 3。 因為風機存在啟動功率，所以不可能太小。
[0036] (二）取 ％ = ω " 3-h 和 ω2 = ω " 3+h，其中 h 為固定值，
[0037] (三）將ω i和ω 2輸入功率-轉(zhuǎn)速函數(shù)，輸出對應(yīng)函數(shù)值設(shè)為&和f2。計算f2-f 3 判斷該結(jié)果的符合。
[0038] (四）取步長k，和f2以k為步長沿X軸正方向搜索，f3以k為步長沿相反方向 搜索，直到f 2_f3的符號發(fā)生改變時停止搜索。
[0039] 進一步，具體而言，步驟（四）f\、f2和f3的搜索方式如下：
[0040] (401)初始 i = 0，
[0041] (402)設(shè)定（O1Q) = c^+ik，Co1(O) = GJ1，將（O1Q)輸入功率-轉(zhuǎn)速函數(shù)得到相 應(yīng)的匕⑴；
[0042] 設(shè)走ω 2 (i) = ω 2+ik，ω 2 (〇) = ω 2，將ω 2 (i)輸入功率-轉(zhuǎn)速函數(shù)得到相應(yīng)的 f2(i)；
[0043] 設(shè)走ω 3 (i) = ω 3_ik，ω 3 (〇) = ω 3，將ω 3 (i)輸入功率-轉(zhuǎn)速函數(shù)得到相應(yīng)的 f