[发明专利]一种变速双馈异步风力发电系统最大功率输出跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电系统最大功率输出控制领域，具体涉及一种变速异步风力发电系统的最大功率输出跟踪控制方法。

背景技术

最大功率点跟踪，简称：MPPT；最小损耗点跟踪，简称MLPT。

变速双馈异步风力发电系统是当前陆地风电场大中型发电装置的重要型式。不同风速下，风力机转速与功率(或转矩)特性上具备最大功率(或转矩)点，也就是说任意风速下，存在最大功率(转矩)输出点。使用一定的方法寻求运行中最大功率点的方法有很多种，比较成熟的有最佳叶尖速比法、爬山搜索法、功率信号反馈法。最佳叶尖速比法是最直接的控制方法，但也是最不准确的方法，实际中采用较少；爬山搜索法虽然无需测量风速、也无需事先测绘功率曲线，但跟踪时间长、扰动问题始终无法克服，尤其风速变化较快时，会引起系统震荡。功率信号反馈法需要事先试验获得最大功率曲线，并编程做成查询表，根据实时的风力机的速度查出对应的最大输出功率作为给定值，然后与发电机实际输出功率反馈值比较得到误差量，经过调节器对风力机进行控制，从而实现对最大功率点的捕获。

基于功率信号反馈法的最大功率点跟踪中，单独的PI调节器即常规的调节方法应用较多，毋庸置疑，PI调节方法简单、稳定性好。但是，当外界风速变化过大过快时，单纯采用固定增益参数的PI调节则显得比较费劲，主要表现为反应慢、时间长，从而会有较大超调，稳定性也受到挑战，最终在快速变化的风速面前跟踪效果不佳。

异步发电机的可变损耗主要包含定转子铜耗与铁耗，根据等效电路及其数学模型，可变损耗存在最小损耗点。电机损耗的降低，势必也会增强电机功率的输出能力。

发明内容

根据以上提出的问题及背景趋势，本发明提出了一种动态模糊PI调节的MPPT技术，加上一种MLPT技术的综合提高变速双馈异步风力发电系统最大功率输出能力的方法。其技术方案为：

一种变速双馈异步风力发电系统最大功率输出跟踪控制方法，包括基于动态模糊PI控制的MPPT，和针对双馈异步发电机的MLPT两大部分；MPPT部分，根据事先的大量试验数据，绘制出最大功率曲线后，编程实现最大功率表，从而任意不同发电机系统速度n对应不同的最大功率实测的输出电功率P₂与比较，它们的误差经过动态模糊PI复合调节算法，即由PI调节器1和模糊控制规则为主组成，产生控制信号给发电机系统；MLPT与MPPT相对独立，经过MLPT数学模型分析，结合发电机系统速度n与功率测量值P₂等实时参数和已知的参数，获取发电机最小损耗时的磁链Ψ_opt，根据电压值U及其他所需已知参数获取实时磁链测量值Ψ，然后二个磁链比较产生的误差经由PI调节器2控制发电机系统中的双馈异步发电机的影响到磁链的参数。

本发明的技术效果主要有：

变速风力发电系统的MPPT方法在其系统运行中具有重要意义，可明显增强电能输出量。本发明针对增强电能输出能力，从两个方面采取措施，一则在传统功率信号反馈法的MPPT基础上，提出采用模糊PI算法处理功率反馈值与给定值的误差，根据功率的实测值与给定最大值比较得到的误差大小，利用模糊算法调整PI的增益参数，在保证稳定性前提下，增强调节的快速性，尤其是在两个功率误差较大时，引入模糊算法能加快MPPT追踪速度；二则根据异步风力发电机损耗数学模型进行MLPT，最小损耗点磁链与实时计算磁链比较，误差信号经PI调节控制发电机系统。

风速往往是不稳定的、善变的，尤其快速的风速变化，势必要求能快速的调整，引入模糊算法后，当外界风速变化越大时，通过模糊在线调整PI参数，加大调整力度和速度，而外界风速变化不大时，则调整PI参数较小。而模糊算法整定PI增益参数的效果颇好，快速反应的动态特性也保证了功率跟踪的精确性。MLPT的引入从发电机本身角度提高了它的效率，从而增加了功率输出能力。

附图说明

图1所示为本发明的输出功率-转速曲线图。

图2所示为本发明的控制原理图。

图3所示为本发明的模糊控制隶属度函数图。

图4所示为本发明的变速双馈异步风力发电机等效电路。

图5所示为本发明的现有技术与模糊PI控制下的输出功率变化。

图6所示为本发明的基于模糊PI的MPPT与MLPT下的几个参量变化。其中：图6(a)风速变化；图6(b)为发电机转速变化；图6(c)为MLPT实施后转子磁链变化；图6(d)为发电机输出功率变化。

图7所示为本发明在阶跃风速情况下主要输出参量的变化。