[實用新型]一種小型風力發(fā)電機最大功率跟蹤裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320829769.5
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN203883728U
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設計）人: 吳增強;鄒海榮;魏浩
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電機學院
• 主分類號: H02P9/00
• 分類號: H02P9/00
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽;曾人泉

技術(shù)領域

本實用新型涉及新能源技術(shù)領域，尤其涉及一種通過面積比值來確定擾動步長變化量的小型風力發(fā)電機最大功率跟蹤裝置。

背景技術(shù)

隨著社會的發(fā)展，能源和環(huán)境成為人們面對的緊要問題。風能作為以一種清潔可再生能源，有很好的應用前景。發(fā)電功率在10千瓦及其以下的小型風力發(fā)電機越來越受到用戶的關注。由于風能具有隨機性、不穩(wěn)定性和能量密度低等特點，給風能的利用產(chǎn)生了很多問題。因此?，最大功率點跟蹤（Maximum?Power?Point?Tracking，簡稱MPPT）技術(shù)的研究和發(fā)展變得尤為重要。最大功率點跟蹤技術(shù)使系統(tǒng)快速、準確地從外界吸收更多的能量。目前，應用于小型風力發(fā)電機MPPT?控制技術(shù)主要有最佳葉尖速比法?、功率反饋法?、擾動觀察法3?種方法。

最佳葉尖速比(TSR)法的基本思想是當風速變化時，實時調(diào)整發(fā)電機轉(zhuǎn)速，維持小型風力發(fā)電機的葉尖速比在最佳值處(最佳值一般是通過計算或?qū)嶒灚@得)，這樣在任何風速下風能的利用率都最大，從而實現(xiàn)最大風能跟蹤。此種控制算法的好處是控制原理簡單，容易實現(xiàn)。缺點是需要測量風速U和小型風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速，還需要預先知道小型風力發(fā)電機固有的葉尖速比曲線，由于風速的實時準確測量比較困難。此種控制算法容易引起小型風力發(fā)電機輸出功率的劇烈波動,因此在實際中應用較少。

功率反饋法(PSF)的基本思想是預先計算或?qū)嶒灥玫阶畲蠊β庶c曲線，當風速發(fā)生變化時，首先檢測出小型風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)最大功率曲線計算出此時風機的輸出功率，以此為參考功率并與當前風速下的風機捕獲實際功率作比較產(chǎn)生差值信號，從而進行功率的閉環(huán)控制，實現(xiàn)對最大功率點的跟蹤。該方法的優(yōu)點是不用測量風速，而且小型風力發(fā)電機的輸出功率不會波動，缺點是對于不同的小型風力發(fā)電機，需要事先仿真或試驗得到小型風力發(fā)電機的最大功率曲線，增加功率反饋控制難度和實際應用成本。

擾動觀察法與太陽能發(fā)電系統(tǒng)擾動法基本相似?；首先給風輪施加一個較小的轉(zhuǎn)速波動，然后檢測系統(tǒng)的輸出功率的變化量，如果變化量大于零，則表明擾動方向正確；如果變化量小于零，則向相反的方向進行擾動。該方法簡單、不需要測量風速，可以很好降低成本，但是在最大功率點處，由于步長的原因，會產(chǎn)生波動且步長過小，跟蹤速度減慢，步長過大會造成最大功率跟蹤過程中功率的波動。

因此，需要提出一種新的最大功率跟蹤裝置，以快速跟蹤小型風力發(fā)電機最大功率并可以減少在跟蹤最大功率點附近的振蕩現(xiàn)象，提高小型風力發(fā)電機的利用率。????????????????????????????

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于解決上述問題，提供一種小型風力發(fā)電機最大功率跟蹤裝置，通過面積的比值來確定擾動步長變化量，實現(xiàn)快速跟蹤小型風力發(fā)電機最大功率并可以減少在跟蹤最大功率點附近的振蕩現(xiàn)象，提高小型風力發(fā)電機的利用率，降低小型風力發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)的成本。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種小型風力發(fā)電機最大功率跟蹤裝置，包括：采樣單元、處理器、PWM控制器以及DC/DC電能變換電路；所述采樣單元與小型風力發(fā)電機相連接，用于采集小型風力發(fā)電機的輸出功率及角速度；所述處理器分別與所述采樣單元以及PWM控制器相連，用于根據(jù)所述采樣單元采集的相鄰兩工作點的輸出功率及角速度獲取相應面積比以及輸出功率差值，進而獲取擾動步長變化量并傳輸至所述PWM控制器；所述PWM控制器與所述DC/DC電能變換電路相連，用于將所述擾動步長變化量與預設的PWM載波信號相比較，產(chǎn)生PWM控制信號；所述DC/DC電能變換電路與負載相連，用于接收所述PWM控制信號，實時調(diào)節(jié)輸出電壓以及負載功率，完成最大功率跟蹤。

所述處理器進一步包括三角形面積獲取單元、矩形面積獲取單元以及擾動步長變化量獲取單元；所述三角形面積獲取單元與所述采樣單元相連，用于根據(jù)所述采樣單元采集的相鄰兩工作點的輸出功率的差值及角速度的差值獲取三角形面積；所述矩形面積獲取單元與所述采樣單元相連，用于根據(jù)所述采樣單元采集的相鄰兩工作點的角速度的差值及相鄰兩工作點中第一工作點的輸出功率獲取矩形面積；所述擾動步長變化量獲取單元分別與所述三角形面積獲取單元以及矩形面積獲取單元相接，用于獲取所述三角形面積與矩形面積的比值及輸出功率差值，進而獲取擾動步長變化量。