基于多步長(zhǎng)的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于多步長(zhǎng)的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能儲(chǔ)量豐富，已于獲取，環(huán)保清潔，是最具商業(yè)化前景的可再生能源，正得到大規(guī)模的開發(fā)和利用。目前，在被利用的可再生能源中風(fēng)能占據(jù)了明顯的優(yōu)勢(shì)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也發(fā)展得較為成熟。雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，具有能實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的追蹤、風(fēng)能利用率尚的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的效率是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最重要指標(biāo)之一，對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)大功率點(diǎn)跟蹤是提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的效率的重要途徑。然而，由于風(fēng)速的不穩(wěn)定性，風(fēng)能是一種具有隨機(jī)性、不穩(wěn)定性的能源，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)追蹤最大風(fēng)能比較困難。目風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大風(fēng)能追蹤策略主要有:最佳葉尖速比法，功率信號(hào)反饋法，爬山搜索法等。爬山搜索法無需測(cè)量風(fēng)速，也不需已知風(fēng)力機(jī)的功率特性，而是人為地施加轉(zhuǎn)速擾動(dòng)變化量，根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出功率的變化確定風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制增量，通過控制發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩使得風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速趨于給定，反復(fù)執(zhí)行上述搜索策略，直到風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)。雖然爬山法可以跟蹤到最大功率點(diǎn)，但其受擾動(dòng)步長(zhǎng)的影響較大，當(dāng)擾動(dòng)步長(zhǎng)較大時(shí)可以快速跟蹤到最大功率點(diǎn)，但是在最大功率點(diǎn)處振蕩較大；當(dāng)擾動(dòng)步長(zhǎng)較小時(shí)，雖然在最大功率點(diǎn)處振蕩較小，但是跟蹤時(shí)間較長(zhǎng)，跟蹤速度不高。
[0004]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，AVariable Speed Control of thelnduct1nGenerator without Speed Sensor for Wind Generat1n (C.Rikiishi, Y.Hayashi,N.Sato/iA Variable Speed Control of thelnduct1n Generator without Speed Sensorfor Wind Generat1n，，，IEEE Japan, VoII1-D, N06, pp.664-672)提出了一種雙步長(zhǎng)的爬山搜索法，能在一定程度上改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能，但是算法中的三個(gè)設(shè)定值:大步長(zhǎng)、小步長(zhǎng)、閾值難以確定。Control ofa Switched Reluctance Generator forVariable-Speed Wind Energy Applicat1ns(Roberto Cardenas， Ruben Pena， MarceloPerez, Jon Clare， Greg Asher, Patrick Wheeler，“Control ofa Switched ReluctanceGenerator for Variable-Speed Wind Energy Applicat1ns，，，IEEE Transact1ns onEnergy Convers1n, vol.20, n0.4, Dec 2005.)提出了一種變步長(zhǎng)的爬山搜索法，通過比較采樣的三個(gè)點(diǎn)的功率來確定擾動(dòng)步長(zhǎng)大小，能在風(fēng)速變化不大的情況下改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能，但是在風(fēng)速變化較快時(shí)取點(diǎn)誤差太大，可能無法實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤。A Novel Algorithm for Fast and Efficient Maximum Power Point Tracking ofWind Energy Convers1n Systems(Kazmi Syed Muhammad Raza, Hiroki Goto, Ha1-JiaoGuo,uK Novel Algorithm for Fast and Efficient Maximum Power Point Tracking ofWind Energy Convers1n Systems，，，Proc.0fthe 2008 Internat1nal Conference onElectrical Machines, ICEM, Sept.2008.)中討論了一種基于斜率的變步長(zhǎng)搜索法，給出了求變步長(zhǎng)的方法，能同時(shí)極大地改善系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定狀態(tài)，但是算法所需的一個(gè)合適的比例系數(shù)K難以確定，且抗干擾性差。
[0005]針對(duì)以上不足，本發(fā)明綜合考慮雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，根據(jù)風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家提供的風(fēng)機(jī)參數(shù)確定最大功率點(diǎn)左側(cè)、右側(cè)初始擾動(dòng)步長(zhǎng)的大小，并利用風(fēng)力機(jī)輸出功率對(duì)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的導(dǎo)數(shù)的絕對(duì)值與風(fēng)力機(jī)輸出功率的乘積對(duì)風(fēng)力機(jī)P-n曲線進(jìn)行分界，在不同的分界區(qū)域采用不同的擾動(dòng)步長(zhǎng)，能較好的改善風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種基于多步長(zhǎng)的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制方法，能同時(shí)減少雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)功率損失和提高動(dòng)態(tài)跟蹤速度，優(yōu)化雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制算法的設(shè)計(jì)步驟。
[0007]本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0008]基于多步長(zhǎng)的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制方法，包括如下步驟:
(O設(shè)定風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的在最大功率點(diǎn)左側(cè)和右側(cè)施加的初始擾動(dòng)步長(zhǎng)為屯和d2;
(2)采樣k時(shí)刻風(fēng)力機(jī)輸出功率P(k)，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速n (k)；
(3)計(jì)算k時(shí)刻的風(fēng)力機(jī)輸出功率變化量ΔΡΟΟζΡΟΟ-ΡΟ?-Ι)、風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速變化量An(k)=n(k)-n(k-l);其中P(k_l)、n(k_l)為k_l時(shí)刻的風(fēng)力機(jī)輸出功率和風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速；
(4)判斷AP(k)是否為0;若為0，則不改變風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速n，返回繼續(xù)采樣；若判斷Δ P (k) # 0，則判斷Δ P (k) * Δ n (k)是否大于等于零，若Δ P (k) * Δ n (k)彡0，說明系統(tǒng)當(dāng)前工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)左側(cè)，選取步長(zhǎng)為Cl1，對(duì)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速η施加正向擾動(dòng)；若Λ P (k) * Λ n (k)〈0，說明系統(tǒng)當(dāng)前工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)右側(cè)，選取步長(zhǎng)為d2，對(duì)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速η施加負(fù)向擾動(dòng)；
(5)重復(fù)步驟(2)~步驟(4)直到系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)。
[0009]進(jìn)一步地，作用于最大功率點(diǎn)兩側(cè)的初始步長(zhǎng)屯和d2，二者滿足關(guān)系式:(^=60*?/(30*p)和d2=60*fN/ (50*p)，其中fN為風(fēng)力機(jī)額定頻率、P風(fēng)力機(jī)極對(duì)數(shù)，外界環(huán)境條件變化時(shí)，屯和d 2的值恒定不變，為常量。
[0010]3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多步長(zhǎng)的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制方法，其特征在于當(dāng)系統(tǒng)工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)左側(cè)時(shí)，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速η的擾動(dòng)步長(zhǎng)按如下方式整定:計(jì)算函數(shù)M (k) =P (k) *abs ( Δ P (k) / △ n (k))，設(shè)函數(shù)M (k)的變化量AM(k)=M(k)-M(k-l)，判斷若AM(k)/ An(k)大于 0，則取步長(zhǎng)為 d1;若AM(k)/ An(k)小于0，則判斷M(k)是否大于等于P(k)，若M(k)多P(k)，則取步長(zhǎng)為Cl1，若M(k)〈P(k)，則取步長(zhǎng)為C^M(k)/P (k);其中abs()為絕對(duì)值函數(shù)，M(k-l)為k-Ι時(shí)刻的函數(shù)M的函數(shù)值。
[0011]進(jìn)一步地，當(dāng)系統(tǒng)工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)右側(cè)時(shí)，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速η的擾動(dòng)步長(zhǎng)按如下方式整定:計(jì)算M(k) =P (k) *abs ( Δ P (k) / Δ n (k))，設(shè)函數(shù)M(k)的變化量AM(k)=M(k)-M(k-l)，判斷若AM(k)/An(k)大于0，則判斷M(k)是否大于等于P(k)，若M(k)多 P(k)，則取步長(zhǎng)為 d2，若 M(k)〈P(k)，則取步長(zhǎng)為 d2*M(k)/P(k) —M(k)Mn(k)小于0，則取步長(zhǎng)為d2，其中abs()為絕對(duì)值函數(shù)，M(k-l) Sk-1時(shí)刻的函數(shù)M的函數(shù)值。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下效果:本發(fā)明提供一種確定兩側(cè)初始擾動(dòng)步長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，利用相關(guān)函數(shù)對(duì)風(fēng)力機(jī)P-n特性曲線分界的思想，采用兩種定變步長(zhǎng)和兩種變步長(zhǎng)跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)，提尚了最大功率點(diǎn)跟蹤的速度和穩(wěn)定精度，