[发明专利]一种风力发电最大功率点跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术，特别涉及一种自动对焦的最大功率点跟踪控制方法。

背景技术

风电作为一种清洁无污染的新能源，其技术革新成为更好利用风能的重点。在世界风电发展迅速的背景下，利用最大功率点跟踪(MPPT)技术提高风能利用效率是风电技术面临的挑战之一。目前大多数MPPT控制策略响应速度较慢，控制精度较差，控制效率有待提高。大多数直驱永磁同步发电机组(D-PMSG)中的MPPT控制采用叶尖速比法、爬山法及功率反馈法。叶尖速比法原理简单，但需要测量精确的实时风速，因此控制精度难以保证；功率反馈法虽然能实现功率跟踪，但全功率变流器的电力电子器件损耗难以计量，并网侧功率不能等同于发电机输出功率，因此这种方法的误差较大；大多数改进的爬山法虽然搜索精度较高，但往往搜索时间较长，控制的响应速度较慢，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有风力发电最大功率跟踪控制方法所存在的响应速度较慢，控制精度较差,控制策略复杂的问题，提供一种新的最大功率点跟踪控制方法。以提高风能捕获效率，并兼顾功率输出的稳定性，降低系统损耗，提高并网质量。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种风力发电最大功率点跟踪控制方法，包括以下步骤：

(一)设定源点输入功率-转速函数P＝f(ω)，得到两个转速ω₃和ω″₃；其中所述的P_e为风力发电机额定功率，N＝2～4。

(二)取ω₁＝ω″₃-h和ω₂＝ω″₃+h，其中h为固定值；

(三)将ω₁和ω₂输入功率-转速函数，输出对应函数值f₁和f₂；

(四)取步长k，ω₁和ω₂以k为步长沿x轴正方向搜索，ω₃以k为步长沿相反方向搜索，直到f₁-f₂的符号发生改变时停止搜索；

(五)根据停止搜索时的f₁、f₂和f₃，以及与之对应的转速值，求解m、n：

d₁＝ω₂-ω₁，d₂＝ω₃-ω₂；

根据m或n确定粗调的范围为ω₃-2m到ω₃，或者ω₃-2n到ω₃。

(六)在确定的粗调范围内取三个转速ω′₁、ω′₂和ω′₃，输入功率-转速函数确定相应函数值f′₁、f′₂和f′₃；

(七)将f′₁、f′₂和f′₃以及转速ω′₁、ω′₂和ω′₃分别输入高斯公式

联合求解得到高斯中心

即为最佳转速值。

进一步，如需提高精度，可以在粗调范围内取多组数据，利用高斯公式联合计算高斯中心，最后取平均值即可。

进一步，分析D-PMSG的数学机理，在Power Simulation中建立合理的系统完整模型，搭建基于双PWM控制的双闭环回路，在发电机侧外环控制输入端建立MPPT控制模块，通过对系统模型的仿真分析各参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明从提高风力发电实际运行效率出发，利用自动对焦方法追踪最大功率值，捕获最大风能，该发明适应性和抗干扰性强，搜索范围大，速度快，精度高；本发明中系统模块设计合理、完整，系统稳定性好，有利于风力发电并网，适应风力发电控制要求。

附图说明：

图1为不同风速下转速-功率函数几何图形。

图2为特定风速下的P与ω的函数图形(近似于二次函数形)。

图3为一定风速下的曲线，在大范围搜索时表现为标准的对称函数几何图，可等效为等腰三角形(虚线三角形△ABC)。