基於開關磁阻風力發電系統的最大功率自動跟蹤方法
2023-12-11 13:45:07 2
專利名稱：基於開關磁阻風力發電系統的最大功率自動跟蹤方法
技術領域：
本發明涉及一種基於開關磁阻風力發電系統的最大功率跟蹤控制方法。屬於風力發 電領域。
本發明尤其涉及一種基於開關磁阻風力發電系統的利用開關磁阻控制器對開關磁 阻發電機勵磁電流進行擾動控制的最大功率跟蹤控制方法。
本發明尤其涉及一種基於開關磁阻風力發電系統的無需知道風輪機機械特性即可 自動實現最大功率輸出的跟蹤方法。
背景技術：
由於受環境和能源問題所困，近年來風力發電技術得到了快速發展，成本也呈逐年 下降的趨勢。考慮汙染治理成本，風力發電的成本已降至接近燃煤發電成本。因此，風 力發電具有廣闊的發展前景。
目前現場使用的風力發電系統多數採用普通異步感應發電機、同步發電機、直流發 電機和雙饋發電機四種，此類發電機大都存在風能利用效率低、變速範圍不夠寬、需要 安裝增速齒輪箱等缺點。開關磁阻發電機(簡稱SRG)為雙凸極電機，定子、轉子均為 凸極齒槽結構，定子上設有集中繞組，轉子上既無繞組也無永磁體，由此帶來變換器及 控制、驅動的簡潔性。開關磁阻發電機的變速運行範圍寬，低速運行性能好，電機結構 簡單，可靠性高，電機的損耗小，運行效率高，輸出為恆壓直流電，易於併網，同時可 將齒輪箱省掉，提高了對風能的利用效率。但目前的開關磁阻風力發電系統中，為了實 現在各種風速下的最大輸出功率，大多需要安裝風速測量裝置，通過測量風速實現控制 目標，或需在設計開關磁阻控制器前預先明確知道風輪機的機械特性，根據風輪機的轉 速來實現最大功率輸出。由於風輪機長時間運行會導致機械特性發生改變，因此這兩種 實現方法除了增加投資外，還會在長期運行中偏離最大輸出功率點，影響風能利用效率， 也未能充分發揮開關磁阻電機控制靈活的特點。
因此，設計一種無需安裝風速測量裝置、也無需知道風輪機機械特性即可實現開關 磁阻風力發電最大功率自動跟蹤的控制方法，對解決開關磁阻風力發電實用化具有很重要的意義。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有開關磁阻風力發電系統的缺陷，提出一種無需安裝風速測量裝置、無需知道風輪機機械特性、能在現場使用的基於開關磁阻風力發電系統的最大功率自動跟蹤方法。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案該基於開關磁阻風力發電系統的最大功率自動跟蹤方法，其特徵在於開關磁阻控制器通過改變勵磁電流值的大小，向開關磁阻電機的勵磁電流中注入擾動量A/，通過設置在母線上的電壓、電流傳感器分別檢測輸出母線的電壓和電流信號，開關磁阻控制器通過電壓和電流信號計算開關磁阻發電機的輸出功率，並根據發電機輸出功率變化和發電機轉速變化，自動調節勵磁電流擾動量A"使發電機輸出功率始終穩定在最大值上。
電流傳感器和電壓傳感器安裝在母線上的濾波電容和負載之間。
開關磁阻控制器向開關磁阻電機的勵磁電流中注入的擾動量A/ ，用公式表示為
《+ )1柳- < 0 & A"(A:) < 0 (1)
其中z'(A + l)為在(A: + l)時刻勵磁電流目標值，/(A:)為在&時刻勵磁電流值，^譁為單位電流擾動量，A;^(W為A:時刻發電機發出的電功率變化值，Aw("為&時刻發
電機的轉速變化值，電流增加時每次增加4啤，電流減小時每次減小為附'^印，其
中W > 3以確保電流快速減小。
為了提高系統響應特性和穩定性，可以在剛開始發電運行時將單位電流擾動量
t譁設置的值大一些，以縮短跟蹤時間。等輸出功率穩定在一定範圍後，可以慢慢減
小4譁的值，最後使輸出功率穩定在最大值附近，減小輸出功率的震蕩。根據公式屍W計算發電機的輸出功率。
運行過程中，在擾動量A/的作用下，開關磁阻發電機的輸出功率A增加或者發電
機的轉速增加，說明這個擾動量的方向是正確的，可以在新的勵磁電流基礎上繼續沿著這個方向施加擾動量。如果開關磁阻發電機的輸出功率凡減小同時發電機的轉速也減小，則擾動量A/應該反方向變化，減小勵磁電流的值。
由於風輪機的功率轉速特性曲線為凸函數，為避免風輪機工作在最高功率點的左半部分時會出現不穩定的工作狀態，可採用"緩慢增加，快速減小"的方法控制勵磁電流的變化，即勵磁電流需要增加時每次增加一個比較小的值，需要減小時則每次減小一個較大的值。
與現有技術相比，本發明的基於開關磁阻風力發電系統的最大功率自動跟蹤方法的有益效果是-
1. 可以省去風速測量裝置，降低了系統成本，提高了可靠性；
2. 無需明確知道風輪機的機械特性，避免了為達到最大功率輸出需要使用包括風輪機葉片機械特性等參數在內的繁瑣的計算過程，發電機控制系統的設計更容易；
3. 長期運行中，即使風輪機的機械特性有所改變，也可以自動適應這種變化，維持最大的風能利用效率；
4. 只需在發電機電能輸出母線上增加一個電流傳感器、 一個電壓傳感器即可使用開關磁阻控制器來實現最大功率的自動跟蹤，充分運用了開關磁阻電機控制靈活的特點。
圖1是本發明的系統安裝原理圖。
圖l是本發明的最佳實施例。其中l風輪機、2開關磁阻發電機、3開關磁阻控制器、4電流傳感器、5電壓傳感器、6母線濾波電容。
具體實施例方式
下面結合附圖1對本發明的基於開關磁阻風力發電系統的最大功率自動跟蹤方法做進一步說明。
參照圖l:
本發明的開關磁阻風力發電系統由風輪機l、關磁阻發電機2、開關磁阻控制器3、電流傳感器4、電壓傳感器5、母線濾波電容6組成。風輪機l葉片直接驅動開關磁阻發電機(SRG)2，並在開關磁阻控制器3的控制下實現發電。同時開關磁阻控制器3檢測母線電流傳感器4和母線電壓傳感器5的信號，計算開關磁阻發電機(SRG) 2的輸出功率，電流傳感器4和電壓傳感器5應安裝在母線濾波電容6和負載之間。剛開始發電工作時，開關磁阻控制器3主動給開關磁阻發電機(SRG) 2的勵磁電流施加一個較大的擾動量Az'，如果在這個擾動量A/的作用下，開關磁阻發電機(SRG) 2的輸出功率A增加或者開關
磁阻發電機(SRG) 2的轉速增加，說明這個擾動量的方向是正確的，可以在新的勵磁電流基礎上繼續沿著這個方向增加勵磁電流。如果開關磁阻發電機(SRG) 2的輸出功率^
減小同時開關磁阻發電機(SRG) 2的轉速也減小，則擾動量A/應該反方向變化，需要快速減小勵磁電流，減小開關磁阻發電機(SRG) 2輸出的功率。直到開關磁阻控制器3檢測到開關磁阻發電機(SRG) 2的轉速增加，則再開始增加勵磁電流，如此反覆擾動，開關磁阻風力發電系統的輸出功率將在最大功率點附近震蕩運行。此時可以將擾動量A/值變小，繼續在功率穩定的基礎上對開關磁阻發電機(SRG) 2的輸出功率進行擾動試探，直到擾動量A/近似為零或者輸出功率變化近似為零結束。
權利要求
1.基於開關磁阻風力發電系統的最大功率自動跟蹤方法，其特徵在於開關磁阻控制器通過改變勵磁電流值的大小，向開關磁阻電機的勵磁電流中注入擾動量Δi，通過設置在母線上的電壓、電流傳感器分別檢測輸出母線的電壓和電流信號，開關磁阻控制器通過電壓和電流信號計算開關磁阻發電機的輸出功率，並根據發電機輸出功率變化和發電機轉速變化，自動調節勵磁電流擾動量Δi，使發電機輸出功率始終穩定在最大值上。
2. 根據權利要求1所述的基於開關磁阻風力發電系統的最大功率自動跟蹤方法， 其特徵在於電流傳感器和電壓傳感器安裝在母線上的濾波電容和負載之間。
3. 根據權利要求1所述的基於開關磁阻風力發電系統的最大功率自動跟蹤方法， 其特徵在於開關磁阻控制器向開關磁阻電機的勵磁電流中注入的擾動量A/，用公式 表示為formula see original document page 2其中/(A + l)為在(A: + l)時刻勵磁電流目標值，/(A:)為在A:時刻勵磁電流值，"啤為 單位電流擾動量，Aj^("為A:時刻發電機發出的電功率變化值，Aw("為A:時刻發電機的轉速變化值，電流增加時每次增加^譁，電流減小時每次為附 4鄉，其中W > 3 以確保電流快速減小。
全文摘要
基於開關磁阻風力發電系統的最大功率自動跟蹤方法，屬於風力發電領域。開關磁阻控制器通過改變勵磁電流值的大小，向開關磁阻電機的勵磁電流中注入擾動量Δi，通過設置在母線上的電壓、電流傳感器分別檢測輸出母線的電壓和電流信號，開關磁阻控制器通過電壓和電流信號計算開關磁阻發電機的輸出功率，並根據發電機輸出功率變化和發電機轉速變化，自動調節勵磁電流擾動量Δi，使發電機輸出功率始終穩定在最大值上。無需在開關磁阻風力發電系統中額外安裝風速測量裝置，也無需明確知道風輪機的機械特性等參數，即可跟蹤風速變化，輸出最大功率。
文檔編號H02P9/14GK101686034SQ20081015732
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月25日 優先權日2008年9月25日
發明者徐丙垠, 熊立新 申請人:山東科匯電力自動化有限公司