一种改进型小型风力发电系统mppt控制方法研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第6期(总第193期)机械工程与自动化No．62O15年12月MECHANICALENGINEERING&AUT0MATIONDec．文童编号：1672—6413(2015)06—0145—03一种改进型小型风力发电系统MPPT控制方法的研究来李金喜，贲礼进。，叶理想(1．江苏工程职业技术学院，江苏南通221006；2．江苏工程职业技术学院江苏省风光互补发电ee心，江苏南通221006)摘要：提出了一种易于实现的自适应变步长MPPT控制策略，通过实验验证该策略的有效性。试验结果表明，该控制策略可使小型

2、风力发电系统快速、准确、稳定地跟踪到最大功率点，能有效增加小型风力发电机的发电量，提高小型风力机的发电效率。关键词：风力发电；最大风能捕获；MPPT；控制方法中图分类号：TK83文献标识码：A0引言速之比j，即：风力发电技术因其无污染、可再生，在国内外受到A一．(2)广泛的关注。目前，大型风力发电项目技术已经比较成熟，而对于一些可在较大空间范围内灵活使用的户其中：∞为风力机转速，r／min；R为风力机叶轮的半用、船用及其他离网型小型风力发电机，由于其风能利径，1TI。C()与的关系如图1所示。对于定桨矩风用系数较低，以致发电效率及性价比

3、偏低，从而限制了力机，风能转换效率取决于风力机固有的叶尖速比。小型风力发电系统的普及。研究表明，获取最大功率由公式(2)可知，当风力机的转速保持在一个最佳值是风电系统在同样的风速下输出更多电能的关键，如时，若叶尖速比达到其最优值，此时在该风速下果控制小型风力发电系统一直运行在最大功率点，则转换效率最高，风力机捕捉的风能功率最大，可输出最可有效提高该系统的年发电量。大机械功率。不同风速下，通过控制风机使其运转在为了提高小型风电系统的能量转换效率，本文提合适的转速，可实现风力机在最佳叶尖速比下运转，出一种快速MPPT控制算法，设计、制作了相

4、应的控使CP在很大的风速变化范围内均能保持最大值，从而制器，并以小功率船用风力发电系统为试验对象，搭建实现MPPT的功能，使风能得到最大程度的利用。了一套配有监控系统的小型离网型风力发电试验系统，验证了该算法的有效性。1风力机功率输出特性风力机是一种将风能转换成机械能的能量转换装置，风力机利用风能的能力直接决定了风力发电系统

5、=L的发电效率。而风能大小与气流密度、通过的面积及气流速度的立方成正比，风力机实际能得到的有用功图1风机特性—曲线率输出为u]：2MPPT控制策略2．1MPPT控制原理P一1sc．(1)小型风力发电系统中，所用风力

6、机多为永磁同步其中：P为风力机获取的风能量，W；P为风力机所在发电机，系统电路原理图如图2所示，主要包括永磁同环境空气密度，kg／m。；为外界自然风的速度，m／s；S步发电机、三相不可控整流器、DC—DC直流变换器、负载等。为风力机叶轮的截面积，m；C为风力机的实际风能利用系数。在风力发电系统中，直流变换器既可起到风力发由贝兹定理可知，风能的利用系数C与风力机电机与负载之间的电压匹配作用，也能通过改变直流的叶尖速比有关。叶尖速比为风轮叶尖线速度与风电压变换器的输入电阻，使发电机处于最大输出电功*江苏工程职业技术学院院级课题(FYKY／z

7、O13／5)；江苏省高等学校大学生实践创新训练计划(201310958004Y)收稿日期：2015—06—18；修订日期：2015—11—15作者简介：李金喜(1981一)，男，江苏铜山人，讲师，硕士，研究方向：测控技术。学兔兔www.xuetutu.com·146·机械工程与自动化2015年第6期率状态。通过调节占空比D可改变直流变换器的输其中：D、D一、D—z分别为、尼一1、尼一2时亥0的占空入电阻，改变发电机的负载等效电阻，进而改变发电机比；P、P一分别为愚、是一1时刻风力发电机的输出功的负载特性。当占空比增大时，等效阻抗变大，发

8、电机率；、一分别为忌、忌一1时刻风力机的转速；￡为占等效负载变大，转速下降；当占空比减小时，等效阻抗空比扰动系数。则是时刻和忌一1时刻风力发电机的变小，发电机负载变小，转速上升。通过直接调整直流输出功率的变化量Ap=P一P一；是和忌一1时刻风力变换器的占空比D，可实现与直接调节风力发电机和机转速的变化量△一∞一一。另规定，当△P≥0风力机转速相同的作用。因此可以通过调节直流变换时，Sign(P一P一1)一l；当△P<0时，Sign(P^一器的占空比来改变发电机的负载特性和输出功率，从P一1)一一1；当△∞>0时，Sign(wk-OJk一

9、1)一1；当△d0而实现MPPT控制策略。时，Sign((u^一一1)一一1。故式(3)中Sign(P一P一)×Sign(o_,一一。)只能为1或一1。由前面分析可知，当Sign(P一P一1)×Sign(一