基于Boost類變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于Boost類變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法。本方法具體操作步驟如下：a、系統(tǒng)初始化，設(shè)置跟蹤誤差，測(cè)量采樣周期前后兩次變換器電路輸入電壓和電流，計(jì)算前后兩次功率差值；b、計(jì)算前后兩次采樣變換器占空比差值；c、若，占空比增加一個(gè)跟蹤步長(zhǎng)變化量K，若，占空比減小一個(gè)K；d、計(jì)算，若終止條件滿足，則系統(tǒng)達(dá)到最大功率點(diǎn)；若不滿足，則跳至步驟a，重復(fù)上述步驟直至終止條件滿足。本方法不依賴機(jī)械測(cè)量裝置測(cè)量風(fēng)速或者風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，采用變步長(zhǎng)占空比擾動(dòng)的跟蹤算法，有效提高了系統(tǒng)的跟蹤速度、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，既提高發(fā)電機(jī)輸出效率和電能質(zhì)量，又降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。
【專利說(shuō)明】基于Boost類變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種基于Boost變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在提倡可持續(xù)發(fā)展的今天，風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，受到了廣泛重視。中國(guó)具有豐富的風(fēng)能資源，風(fēng)能資源總儲(chǔ)量約16萬(wàn)MW但是風(fēng)能具有能量密度低、隨機(jī)性、不穩(wěn)定性等特性，為了在不同的風(fēng)速下充分利用風(fēng)能，最大限度地提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率,必須采取措施對(duì)發(fā)電機(jī)輸出功率加以控制,保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)始終工作在最大功率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能利用最大化。
[0003]目前常規(guī)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(hào)反饋法(PSF)和爬山搜索法(HCS)。這三種方法都存在自己的缺點(diǎn):葉尖速比法需要采用機(jī)械傳感器測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，還需要知道風(fēng)力機(jī)固有的葉尖速比曲線。功率信號(hào)反饋法也需要采用機(jī)械傳感器測(cè)量風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，還需要知道風(fēng)力機(jī)固有的最優(yōu)功率轉(zhuǎn)速曲線。前兩種增加了系統(tǒng)的實(shí)際成本，并且風(fēng)機(jī)特征曲線在風(fēng)機(jī)使用時(shí)間久后實(shí)際曲線將會(huì)偏離原有曲線，使得風(fēng)能MPPT跟蹤不準(zhǔn)確。爬山搜索法無(wú)需測(cè)量風(fēng)速或者轉(zhuǎn)速，也無(wú)需知道具體的風(fēng)輪機(jī)的功率特性，采用固定的轉(zhuǎn)速擾動(dòng)使風(fēng)機(jī)風(fēng)能捕獲最大化，但是該方法在跟蹤時(shí)采用固定的擾動(dòng)步長(zhǎng)，擾動(dòng)步長(zhǎng)過(guò)小時(shí)，響應(yīng)速度慢，降低了跟蹤的快速性；擾動(dòng)步長(zhǎng)過(guò)大時(shí)，功率在最大功率點(diǎn)處附近振蕩，導(dǎo)致跟蹤的最大功率點(diǎn)與實(shí)際值相差大，降低了風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率。
[0004]由于的升壓和負(fù)載調(diào)節(jié)作用，適合在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中進(jìn)行最大功率跟蹤。對(duì)Boost類變換器電路中進(jìn)行占空比擾動(dòng)和對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速擾動(dòng)是等效的，本發(fā)明提出了一種新的最大功率跟蹤算法，該方法只需要測(cè)量Boost類變換器電路的輸入電壓和輸入電流，采用變步長(zhǎng)占空比擾動(dòng)的跟蹤算法，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤，有效提高了系統(tǒng)的跟蹤速度和穩(wěn)定性，既能提高發(fā)電機(jī)輸出效率和電能質(zhì)量，又能降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服目前常規(guī)的最大功率點(diǎn)跟蹤方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于Boost類變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法，該方法無(wú)需機(jī)械測(cè)量裝置測(cè)量風(fēng)速或者風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，采用變步長(zhǎng)占空比擾動(dòng)的跟蹤算法，有效提高了系統(tǒng)的跟蹤速度、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
[0006]本發(fā)明提出的MPPT方法的具體操作步驟如下:
a、系統(tǒng)初始化，設(shè)置跟蹤誤差已,分別測(cè)量采樣周期前后兩次Boost類變換器電路輸入電壓和電流，計(jì)算輸入功率，并計(jì)算前后兩次功率差值ΔΡ ；
b、從控制器MCU中獲取兩次采樣時(shí)刻的變換器占空比，并計(jì)算器占空比差值A(chǔ)D；C、根據(jù)功率差值ΔΡ的正負(fù)來(lái)確定占空比的變化方向，如果ΔΡ>0，占空比增加一個(gè)跟蹤步長(zhǎng)變化量K值，如果ΔΡ〈0，占空比減小一個(gè)跟蹤步長(zhǎng)變化量K值；
d、計(jì)算判斷終止條件# < e是否滿足，若滿足，則風(fēng)力機(jī)達(dá)到最大功率點(diǎn)；若不
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滿足，則跳轉(zhuǎn)至步驟a，重復(fù)上述步驟直至終止條件滿足。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有常規(guī)方法相比，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)步:本發(fā)明不依賴機(jī)械傳感器測(cè)量風(fēng)速或者風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，也不依賴風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)機(jī)的任何特性，降低了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用成本，該方法可以適應(yīng)風(fēng)速的快速變化，能夠快速的實(shí)現(xiàn)風(fēng)能最大功率點(diǎn)的跟蹤控制，能夠抑制最大功率點(diǎn)附近功率擾動(dòng)，提高電能質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明的算法流程圖。
[0009]圖2風(fēng)力機(jī)輸出功率轉(zhuǎn)速曲線示意圖。
[0010]圖3是本發(fā)明所述的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖。其中標(biāo)號(hào):發(fā)電機(jī)1，整流器2，Boost類變換器3，負(fù)載4，電壓電流檢測(cè)電路5，驅(qū)動(dòng)電路6，MPPT控制器7。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下:
實(shí)施例一:
參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例基于Boost類變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征在于在Boost類變換器電路中，通過(guò)改變電路占空比控制發(fā)電機(jī)輸出功率，具體操作步驟如下:
a、系統(tǒng)初始化，設(shè)置跟蹤誤I分別測(cè)量采樣周期前后兩次Boost類變換器電路輸入電壓和電流，計(jì)算輸入功率，并計(jì)算前后兩次功率差值ΔΡ ；
b、從控制器MCU中獲取兩次采樣時(shí)刻的變換器占空比，并計(jì)算占空比差值A(chǔ)D；
C、根據(jù)功率差值ΔΡ的正負(fù)來(lái)確定占空比的變化方向，如果ΔΡ>0，占空比增加一個(gè)跟蹤步長(zhǎng)變化量K值，如果ΔΡ〈0，占空比減小一個(gè)跟蹤步長(zhǎng)變化量K值；
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d、計(jì)算判斷終止條件g f是否滿足，若滿足，則風(fēng)力機(jī)達(dá)到最大功率點(diǎn)；若不
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滿足，則跳轉(zhuǎn)至步驟a，重復(fù)上述步驟直至終止條件滿足。
[0012]實(shí)施例二:本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處是:所述變步長(zhǎng)變化量K為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于Boost類變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征在于在Boost類變換器電路中，通過(guò)改變電路占空比控制發(fā)電機(jī)輸出功率，具體操作步驟如下: a、系統(tǒng)初始化，設(shè)置跟蹤誤差分別測(cè)量采樣周期前后兩次Boost類變換器電路輸入電壓和電流，計(jì)算輸入功率，并計(jì)算前后兩次功率差值ΔΡ ； b、從控制器MCU中獲取兩次采樣時(shí)刻的變換器占空比，并計(jì)算占空比差值A(chǔ)D； C、根據(jù)功率差值ΔΡ的正負(fù)來(lái)確定占空比的變化方向，如果ΔΡ>0，占空比增加一個(gè)跟蹤步長(zhǎng)變化量K值，如果ΔΡ〈0，占空比減小一個(gè)跟蹤步長(zhǎng)變化量K值； d、計(jì)算判斷終止條件# < f是否滿足，若滿足，則風(fēng)力機(jī)達(dá)到最大功率點(diǎn)；若不
ΔΒAD滿足，則跳轉(zhuǎn)至步驟a，重復(fù)上述步驟直至終止條件滿足。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Boost類變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征在于所述步長(zhǎng)變化量K為:
【文檔編號(hào)】F03D7/00GK103899480SQ201410107195
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】謝少榮, 李夢(mèng), 趙重陽(yáng), 李恒宇, 羅均 申請(qǐng)人:上海大學(xué)