基於Boost類變換器的風力發電系統最大功率點跟蹤方法
2023-06-29 22:13:56 2
基於Boost類變換器的風力發電系統最大功率點跟蹤方法
【專利摘要】本發明提出一種基於Boost類變換器的風力發電系統最大功率點跟蹤方法。本方法具體操作步驟如下：a、系統初始化，設置跟蹤誤差，測量採樣周期前後兩次變換器電路輸入電壓和電流，計算前後兩次功率差值；b、計算前後兩次採樣變換器佔空比差值；c、若，佔空比增加一個跟蹤步長變化量K，若，佔空比減小一個K；d、計算，若終止條件滿足，則系統達到最大功率點；若不滿足，則跳至步驟a，重複上述步驟直至終止條件滿足。本方法不依賴機械測量裝置測量風速或者風機轉速，採用變步長佔空比擾動的跟蹤算法，有效提高了系統的跟蹤速度、穩定性和準確性，既提高發電機輸出效率和電能質量，又降低系統的複雜度和成本。
【專利說明】基於Boost類變換器的風力發電系統最大功率點跟蹤方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力發電自動控制【技術領域】，是一種基於Boost變換器的風力發電系統最大功率點跟蹤方法。
【背景技術】
[0002]在提倡可持續發展的今天，風能作為一種清潔的可再生能源，受到了廣泛重視。中國具有豐富的風能資源，風能資源總儲量約16萬MW但是風能具有能量密度低、隨機性、不穩定性等特性，為了在不同的風速下充分利用風能，最大限度地提高風力發電系統的轉換效率,必須採取措施對發電機輸出功率加以控制,保證風力發電機始終工作在最大功率點，實現風能利用最大化。
[0003]目前常規的最大功率跟蹤(MPPT，Maximum Power Point Tracking)控制方法有葉尖速比法(TSR)、功率信號反饋法(PSF)和爬山搜索法(HCS)。這三種方法都存在自己的缺點:葉尖速比法需要採用機械傳感器測量風速和風輪轉速，還需要知道風力機固有的葉尖速比曲線。功率信號反饋法也需要採用機械傳感器測量風輪轉速，還需要知道風力機固有的最優功率轉速曲線。前兩種增加了系統的實際成本，並且風機特徵曲線在風機使用時間久後實際曲線將會偏離原有曲線，使得風能MPPT跟蹤不準確。爬山搜索法無需測量風速或者轉速，也無需知道具體的風輪機的功率特性，採用固定的轉速擾動使風機風能捕獲最大化，但是該方法在跟蹤時採用固定的擾動步長，擾動步長過小時，響應速度慢，降低了跟蹤的快速性；擾動步長過大時，功率在最大功率點處附近振蕩，導致跟蹤的最大功率點與實際值相差大，降低了風能轉換效率。
[0004]由於的升壓和負載調節作用，適合在小型風力發電系統中進行最大功率跟蹤。對Boost類變換器電路中進行佔空比擾動和對發電機進行轉速擾動是等效的，本發明提出了一種新的最大功率跟蹤算法，該方法只需要測量Boost類變換器電路的輸入電壓和輸入電流，採用變步長佔空比擾動的跟蹤算法，實現風力發電系統的最大功率跟蹤，有效提高了系統的跟蹤速度和穩定性，既能提高發電機輸出效率和電能質量，又能降低系統的複雜度和成本。
【發明內容】
[0005]為了克服目前常規的最大功率點跟蹤方法的缺點，本發明提出了一種基於Boost類變換器的風力發電系統最大功率點跟蹤方法，該方法無需機械測量裝置測量風速或者風機轉速，採用變步長佔空比擾動的跟蹤算法，有效提高了系統的跟蹤速度、穩定性和準確性。
[0006]本發明提出的MPPT方法的具體操作步驟如下:
a、系統初始化，設置跟蹤誤差已,分別測量採樣周期前後兩次Boost類變換器電路輸入電壓和電流，計算輸入功率，並計算前後兩次功率差值ΔΡ ；
b、從控制器MCU中獲取兩次採樣時刻的變換器佔空比，並計算器佔空比差值AD；C、根據功率差值ΔΡ的正負來確定佔空比的變化方向，如果ΔΡ>0，佔空比增加一個跟蹤步長變化量K值，如果ΔΡ〈0，佔空比減小一個跟蹤步長變化量K值；
d、計算判斷終止條件# < e是否滿足，若滿足，則風力機達到最大功率點；若不
ΔΒAD
滿足，則跳轉至步驟a，重複上述步驟直至終止條件滿足。
[0007]本發明與現有常規方法相比，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著技術進步:本發明不依賴機械傳感器測量風速或者風機轉速，也不依賴風場和風機的任何特性，降低了風力發電系統實際應用成本，該方法可以適應風速的快速變化，能夠快速的實現風能最大功率點的跟蹤控制，能夠抑制最大功率點附近功率擾動，提高電能質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的算法流程圖。
[0009]圖2風力機輸出功率轉速曲線示意圖。
[0010]圖3是本發明所述的系統控制結構圖。其中標號:發電機1，整流器2，Boost類變換器3，負載4，電壓電流檢測電路5，驅動電路6，MPPT控制器7。
【具體實施方式】
[0011]本發明的優選實施例結合附圖詳述如下:
實施例一:
參見圖1，本實施例基於Boost類變換器的風力發電系統最大功率點跟蹤方法，其特徵在於在Boost類變換器電路中，通過改變電路佔空比控制發電機輸出功率，具體操作步驟如下:
a、系統初始化，設置跟蹤誤I分別測量採樣周期前後兩次Boost類變換器電路輸入電壓和電流，計算輸入功率，並計算前後兩次功率差值ΔΡ ；
b、從控制器MCU中獲取兩次採樣時刻的變換器佔空比，並計算佔空比差值AD；
C、根據功率差值ΔΡ的正負來確定佔空比的變化方向，如果ΔΡ>0，佔空比增加一個跟蹤步長變化量K值，如果ΔΡ〈0，佔空比減小一個跟蹤步長變化量K值；
APAP
d、計算判斷終止條件g f是否滿足，若滿足，則風力機達到最大功率點；若不
ΔΒAD
滿足，則跳轉至步驟a，重複上述步驟直至終止條件滿足。
[0012]實施例二:本實施例與實施例一基本相同，特別之處是:所述變步長變化量K為:
【權利要求】
1.一種基於Boost類變換器的風力發電系統最大功率點跟蹤方法，其特徵在於在Boost類變換器電路中，通過改變電路佔空比控制發電機輸出功率，具體操作步驟如下: a、系統初始化，設置跟蹤誤差分別測量採樣周期前後兩次Boost類變換器電路輸入電壓和電流，計算輸入功率，並計算前後兩次功率差值ΔΡ ； b、從控制器MCU中獲取兩次採樣時刻的變換器佔空比，並計算佔空比差值AD； C、根據功率差值ΔΡ的正負來確定佔空比的變化方向，如果ΔΡ>0，佔空比增加一個跟蹤步長變化量K值，如果ΔΡ〈0，佔空比減小一個跟蹤步長變化量K值； d、計算判斷終止條件# < f是否滿足，若滿足，則風力機達到最大功率點；若不
ΔΒAD滿足，則跳轉至步驟a，重複上述步驟直至終止條件滿足。
2.根據權利要求1所述的基於Boost類變換器的風力發電系統最大功率點跟蹤方法，其特徵在於所述步長變化量K為:
【文檔編號】F03D7/00GK103899480SQ201410107195
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】謝少榮, 李夢, 趙重陽, 李恆宇, 羅均 申請人:上海大學