[發明專利]開關磁阻風電系統起動控制和MPPT控制方法

有效

• 申請號: 201110325193.4
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102427323A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 王宏華;王成亮
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H02P6/20
• 分類號: H02P6/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及小功率變速開關磁阻風力發電系統領域，尤其涉及一種實現開關磁阻風力發電系統起動控制及最大功率跟蹤的自適應神經元控制方法。

背景技術

SRG?(switched?reluctance?generator?,?開關磁阻發電機)結構堅固、簡單、成本低，效率高，允許溫升較高，適用于環境惡劣場合，功率變換器是單極性的，相繞組與主開關串聯，安全裕度較大，是變速風力發電系統中具有發展前景的一種新型同步發電機。目前，開關磁阻風力發電系統最大功率跟蹤控制的主要方法是：系統起始工作時，先通過外力將SRG拖動至一定轉速，然后接入風力機，采用風速跟蹤、功率反饋、最大功率搜索這3種控制方法之一進行SRG轉速調節以跟蹤風速變化，使風輪葉尖速比保持在最佳值，實現最大風能跟蹤（MPPT）控制，其中閉環控制器多采用常規比例積分微分PID算法。但由于開關磁阻風力發電系統實際存在非線性及不確定性，基于常規PID算法的MPPT控制存在參數整定困難、魯棒性差、難以在風速、負載大范圍和大幅度變化時取得理想動靜態性能的缺點。另一方面，系統起始工作時，通過附加動力裝置（如附加電動機）提供機械外力驅動SRG由靜止起動至一定轉速的方法，增加了系統的成本和控制的復雜性。若在系統起始工作時，利用風輪所具有的自起動性能而不靠其他外力協助將SRG拖動到一定轉速，這雖可簡化系統結構、降低成本，但大多數風輪只有在超過一定風速的條件下，才具備自起動能力。對離網型風電機組具有競爭力的小功率開關磁阻風力發電系統而言，其運行風速一般較低，在其運行風速范圍內的低風速段,風輪自起動困難或不能自起動。

小功率開關磁阻風力發電系統的起動控制及MPPT非線性控制是其商業化進程中有待解決的關鍵問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中提及的小功率開關磁阻風力發電系統的起動控制及MPPT非線性控制的問題，提出一種實現開關磁阻風力發電系統起動控制及最大功率跟蹤的自適應神經元控制方法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種開關磁阻風電系統起動控制和MPPT控制方法，包括電動運行的開關磁阻電機起動控制步驟、發電運行的開關磁阻電機控制步驟；

其中，所述開關磁阻電機起動控制步驟具體如下：

步驟A，在系統起動階段，由風力機和電動運行的開關磁阻電機共同提供發電系統起動的動力矩，開關磁阻電動機工作在電流斬波控制模式下，直接在一定范圍內設置開關磁阻電機斬波電流閾值及電動運行所對應的開通角、關斷角固定值，且開通角、關斷角的設置應使相鄰相繞組的導通有適當重疊以免出現起動死區；?

步驟B，當開關磁阻電機由靜止被拖動到額定轉速，起動控制步驟結束，切換至發電運行的開關磁阻電機控制步驟；?

所述發電運行的開關磁阻電機控制步驟如下：

步驟C，當功率變換器主電路的儲能電容端電壓小于或等于輔助直流電源電壓時，采用輔助直流電源為開關磁阻發電機相繞組勵磁提供電能；

步驟D，當儲能電容端電壓大于輔助直流電源電壓時，切除輔助直流電源，切換為由開關磁阻發電機自身發出的電能勵磁；

開關磁阻發電機工作在電流斬波控制模式下，直接設置開關磁阻電機發電運行所對應的開通角、關斷角固定值，而開關磁阻電機斬波電流閾值則由MPPT單神經元自適應PID控制算法得到，具體步驟如下：

設????????????????????????????????????????????????為開關磁阻電機角速度最優指令值，其對應于風力機最佳葉尖速比，即

??????????????????????????????????????????????(1)

式中，j為齒輪箱變比；λ_opt為風力機的最佳葉尖速比；R為風輪半徑，V為風速；

定義開關磁阻電機實際角速度跟蹤最優指令?的誤差為

????????????????????????????????????????(2)

單神經元自適應PID算法的輸入信號、進行如下狀態變換，即

????????????????????????????????（3）

單神經元自適應PID算法的輸出增量及輸出為

??????????????????????????????（4）