[發明專利]基于風力發電的最大功率跟蹤控制的方法

有效

• 申請號: 201410123781.3
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103867387A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 劉政
• 申請（專利權）人: 中科恒源科技股份有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;鄭雋

技術領域

本發明涉及風力發電領域，特別地，涉及一種基于風力發電的最大功率跟蹤控制的方法。

背景技術

隨著全球范圍內能源危機形勢愈發明顯，開發可再生能源已成為世界各國能源發展戰略的重大舉措。風能因其在全球范圍內蘊藏量巨大、可再生、分布廣、無污染的特性，使風力發電成為研究較為廣泛的一種可再生能源。如何最大效率地捕獲風能是風力發電研究的重點問題。

變速恒頻的風力發電系統中常用的最大功率跟蹤（MPPT）控制采用的方法有葉尖速比法、爬山法尋優控制以及功率曲線法。由于功率曲線法是根據風機最大功率曲線，測量不同的轉速，控制輸出功率，使其無限接近于最大功率曲線，能很好地適應風速的變化，因而在風力發電機組應用廣泛。然而，功率曲線法在最大功率跟蹤精度、動態性能等問題已愈發受到關注。

由于最大功率曲線和轉速的測量存在誤差，將直接影響最大功率跟蹤的精度。傳統的功率曲線法主要考慮一簇對應于不同風速的風機穩態工作點，卻忽視了風機跟蹤的動態過程及其性能，特別是低風速環境下風機跟蹤問題將凸顯。

因此，發明一種適合高低風速以及跟蹤準確度高的基于風力發電的最大功率跟蹤控制的方法具有重要的實用意義。

發明內容

本發明目的在于提供一種同時適合高風速和低風速以及跟蹤準確度高的基于風力發電的最大功率跟蹤控制的方法，具體技術方案如下：

一種基于風力發電的最大功率跟蹤控制的方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：初始化，獲取風機的初始轉速ω(0)，設定停止功率跟蹤門限setPd(0)、調整頻率f(0)、初始步長Step(0)、最小轉速調節門限setSd以及動態間隔不同時段時長T；

步驟2：對電壓U(k)、電流I(k)以及頻率f₀(k)進行采樣，根據電壓U(k)以及電流I(k)計算第k次跟蹤時所輸出的實際功率P(k)，根據頻率f₀(k)計算風機的轉速ω(k)，k大于等于1；之后執行步驟3；

步驟3：判斷風機的轉速ω(k)的高低，若處于高轉速時，則執行步驟4；否則，按照動態間隔吸收功率策略進行，之后執行步驟10；

步驟4：判斷調整頻率f(k)是否滿足調整頻率公式①：

f(k)=f_|Δω(k)|≤f_|ω(k)-ω(k-_1)|≥setSd?????①，

若滿足，則執行步驟5；否則，執行步驟10；

步驟5：判斷風機的轉速ω(k-1)與ω(k)是否相同，若相同，執行步驟6；否則，則保存ω(k)的數值至ω(k-1)中，之后執行步驟7；

步驟6：判斷風機的轉速連續N次是否有變化，N大于等于2且小于等于100，若無變化，執行步驟7；否則，執行步驟10；

步驟7：采用線性插值計算公式計算出最大輸出功率P_m(k)；設定停止功率跟蹤門限setPd(k)、調整頻率f(k)以及步長Step(k)，之后執行步驟8；

步驟8：比較實際輸出功率P(k)與最大輸出功率P_m(k)兩者之間的關系，若滿足公式②：

P(k)-P_m(k)<-setPd(k)?????②，

則實際功率點處于最大功率點的右側，增加占空比，占空比的增量為Step(k)的數值大小，之后執行步驟10；否則，執行步驟9；

步驟9：實際輸出功率P(k)與最大輸出功率P_m(k)兩者之間的關系，若滿足公式③：

P(k)-P_m(k)>setPd(k)?????③，

則實際功率點處于最大功率點左側，減小占空比，占空比的減小量為Step(k)的數值大小，之后執行步驟10；否則，標志已找到最大功率點，執行步驟10；

步驟10：令k=k+1，并返回步驟2；

其中，所述動態間隔吸收功率策略至少包括一個動態間隔吸收功率過程，所述動態間隔吸收功率過程為：在T時間內，先在T1時段進行最大功率跟蹤，在T2時段釋放風機使得風機的轉速回升，其中，T滿足公式④：

T=T1+T2④。

以上技術方案中優選的，所述步驟1中：所述停止功率跟蹤門限setPd(0)按照公式⑤獲得：

setPd(k)=λ_setPd(k)·P_m(k)·(1－η_mppt)?????⑤，