本發(fā)明涉及風光互補發(fā)電系統(tǒng)mppt(最大功率跟蹤)控制方法，特別是實現(xiàn)用一個dc/dc直流變換電路同時跟蹤風力和光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率的方法。

背景技術：

隨著科技的高速發(fā)展，人類對于能源的需求量不斷增加。因此，加速清潔能源的普及與推廣，已成為世界各國走可持續(xù)發(fā)展道路的必然選擇。新能源發(fā)電供能系統(tǒng)得到了快速發(fā)展。太陽能和風能在時間上的互補性使得風光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源分布上具有很好的匹配性。

在初始階段，風光互補發(fā)電系統(tǒng)只是簡單的將風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)進行了組合。在此結構中風力發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)過ac/dc整流電路和dc/dc直流變換電路后連接到直流母線上；光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)dc/dc直流變換后連接到直流母線上。但是其成本較高。隨著電力電子技術、智能控制的高速發(fā)展以及諸多學者對風光互補發(fā)電技術的深入研究，很多先進的mppt控制方法已日臻完善。

由于風能、太陽能會受到風速、光照強度等自然條件變化的影響。在使用一個dc/dc直流變換電路的風光互補發(fā)電系統(tǒng)中，適宜的mppt控制方法至關重要，既可以降低成本又能實現(xiàn)mppt功能。保證系統(tǒng)穩(wěn)定輸出，達到資源優(yōu)化配置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是用一個dc/dc直流變換電路同時跟蹤風力和光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率的目的。

本發(fā)明是基于幾何平均數(shù)的風光互補發(fā)電系統(tǒng)mppt控制方法，風力發(fā)電與光伏發(fā)電兩個子系統(tǒng)共用一個dc/dc直流變換電路，其步驟為：

步驟1：在系統(tǒng)正常運行的情況下，采集風力發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流iw、光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流is、二者并聯(lián)后的輸出電壓e、系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路的輸出電壓u0。檢測風機的轉速ω。根據(jù)采集到風力和光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓和輸出電流計算輸出功率變化量△pw＝pk-pk-1、△ps＝pk-pk-1,其中pk、pk-1表示第k秒和第k-1秒時的輸出功率。計算風機的轉速變化量△ω＝ωk-ωk-1,其中ωk、ωk-1表示第k秒和第k-1秒時的風機轉速。計算輸出電壓的變化量△u0＝uk-uk-1,其中uk、uk-1表示第k秒和第k-1秒時系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路的輸出電壓；

步驟2：由風力發(fā)電mppt控制方法得到風力發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比dw[k]；同理，能夠得到光伏發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比ds[k]；

步驟3：將步驟2計算所得值dw[k]與ds[k]輸入占空比計算器中，用幾何平均數(shù)計算得出dw[k]與ds[k]的幾何平均值dsw[k]：

步驟4：用步驟3計算出的dsw[k]對風光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓進行調整。其中輸出電壓為：

其中：u0表示系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路的輸出電壓；e表示風力發(fā)電與光伏發(fā)電并聯(lián)后的輸出電壓；dsw[k]表示風力發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比dw[k]與光伏發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比ds[k]的幾何平均值。

步驟5：檢測并計算dpw/dω值的變化，若dpw/dω＝0，即風力發(fā)電系統(tǒng)達到最大功率；至此就能夠完成對風力發(fā)電系統(tǒng)最大功率的跟蹤；檢測并計算dps/du0值的變化，若dps/du0＝0，即光伏發(fā)電系統(tǒng)達到最大功率，從而實現(xiàn)了用一個dc/dc直流變換電路同時跟蹤風光互補發(fā)電系統(tǒng)的最大功率。

本發(fā)明的有益之處是：由于風光互補發(fā)電系統(tǒng)會受到風速、光照強度等自然條件的制約和影響，系統(tǒng)的輸出功率會不穩(wěn)定。適宜的mppt控制方法可以使得風光互補發(fā)電系統(tǒng)在自然條件變化時，可以快速跟蹤系統(tǒng)的輸出功率。首先利用風力和光伏發(fā)電mppt控制方法得到風力和光伏發(fā)電系統(tǒng)中的電壓占空比，用幾何平均數(shù)求得這兩個占空比的平均值，然后用該平均值調整風光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓，從而同時跟蹤風光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率。因此，實現(xiàn)用一個dc/dc直流變換電路同時跟蹤風光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，結構簡單，降低成本。

附圖說明

圖1是風光互補發(fā)電系統(tǒng)結構圖，圖2是基于幾何平均數(shù)的風光互補發(fā)電系統(tǒng)mppt控制方法原理框圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明所述的風光互補發(fā)電系統(tǒng)由風力發(fā)電子系統(tǒng)1、ac/dc整流電路2、光伏發(fā)電子系統(tǒng)4、dc/dc直流變換電路5、dc/ac逆變電路6、控制器7、負載8等組成。光伏發(fā)電子系統(tǒng)4由光伏電池板3組成。此系統(tǒng)的特點是風力發(fā)電系統(tǒng)1經(jīng)過ac/dc整流電路2與光伏子系統(tǒng)4的輸出端并聯(lián)，然后由dc/dc變換器5升壓后再經(jīng)過dc/ac逆變電路6接入負載8。

如圖2所示，本發(fā)明是基于幾何平均數(shù)的風光互補發(fā)電系統(tǒng)mppt控制方法，具體包括以下步驟：

步驟1：在系統(tǒng)正常運行的情況下，采集風力發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流iw、風機的轉速ω、光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流is、二者并聯(lián)后的輸出電壓e、dc/dc直流變換電路的輸出電壓u0。根據(jù)采集到的輸出電壓和輸出電流計算風力和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率變化量△pw、△ps。依據(jù)采集到的風機的轉速和輸出電壓得到轉速的變化量△ω及輸出電壓的變化值△u0；

步驟2：由風力發(fā)電mppt控制方法得到風力發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比dw[k]。同理，由光伏發(fā)電mppt控制方法得到ds[k]；

步驟3：用幾何平均數(shù)求出這兩個占空比的平均值dsw[k]。其中

步驟4：用幾何平均值dsw[k]對風光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓進行調整。其輸出電壓為：

其中：u0表示系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路的輸出電壓；e表示風力發(fā)電與光伏發(fā)電并聯(lián)后的輸出電壓；dsw[k]表示風力發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比dw[k]與光伏發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比ds[k]的幾何平均值。

由此可以達到用一個dc/dc直流變換電路同時跟蹤風力和光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率的目的。

如圖2所示，通過采集風光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓和電流等參數(shù),計算系統(tǒng)輸出功率的變化,再利用mppt控制方法得出風力和光伏發(fā)電系統(tǒng)的占空比，然后用幾何平均數(shù)計算這兩個占空比的平均值，用該平均值調整風光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓，從而實現(xiàn)用一個dc/dc直流變換電路同時跟蹤風光互補發(fā)電系統(tǒng)的最大功率。

具體實施步驟如下：

步驟1：在系統(tǒng)正常運行的情況下，采集風力發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流iw、光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流is、二者并聯(lián)后的輸出電壓e、系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路的輸出電壓u0。檢測風機的轉速ω。根據(jù)采集到風力和光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓和輸出電流計算輸出功率變化量△pw＝pk-pk-1、△ps＝pk-pk-1,其中pk、pk-1表示第k秒和第k-1秒時的輸出功率。計算風機的轉速變化量△ω＝ωk-ωk-1,其中ωk、ωk-1表示第k秒和第k-1秒時的風機轉速。計算輸出電壓的變化量△u0＝uk-uk-1,其中uk、uk-1表示第k秒和第k-1秒時系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路的輸出電壓；

步驟2：由風力發(fā)電mppt控制方法得到風力發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比dw[k]；同理，能夠得到光伏發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比ds[k]；

步驟3：用幾何平均數(shù)求出這兩個占空比的平均值dsw[k]。

步驟4：用占空比平均值dsw[k]對風光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓進行調整。其輸出電壓為：

步驟5：檢測并計算dpw/dω值的變化，若dpw/dω＝0，即風力發(fā)電系統(tǒng)達到最大功率。檢測并計算dps/du0值的變化，若dps/du0＝0，即光伏發(fā)電系統(tǒng)達到最大功率。進而可以實現(xiàn)用一個dc/dc直流變換電路同時跟蹤風力、光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率。

由以上步驟可以實現(xiàn)用一個dc/dc直流變換電路分時跟蹤風力、光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，使風光互補發(fā)電系統(tǒng)工作在最大功率點。其結構簡單，既降低了成本又能實現(xiàn)最大功率跟蹤(mppt)功能，保證系統(tǒng)穩(wěn)定輸出，達到資源最優(yōu)化配置。