一种风光互补发电系统最大功率跟踪控制方法

摘要

本发明提供了一种风光互补发电系统最大功率跟踪控制方法，结合扰动观察法和二次插值法计算风光互补发电系统的最大功率，其特点是：(1)扰动观察法测量参数少，结构简单，通过不断扰动趋于系统的最大功率点；(2)二次插值法通过拟合二次曲线得出光伏发电的最大功率点电压以及风力发电的最大功率点转速；（3）本专利将两种方法进行结合可以避免扰动观察法震荡所产生的功率损失，扬长避短，可以快速精确的找到最大功率点。

主权项

一种风光互补发电系统最大功率跟踪控制方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)给定太阳能发电系统的步长ΔU与初始电压U₀和初始电流I₀及风力发电系统的步长Δω与初始转速ω₀，然后测量太阳能发电系统的电压U₁和电流I₁或者风力发电系统的转速ω₁，得到功率P₁，采用扰动观察法搜索太阳能发电系统的最大功率点电压U_m或风力发电系统的最大功率点转速ω_m，如果该电压U_m与前一周期的最大功率点电压U_m‑1的差值小于δ或者该转速ω_m与前一周期的最大功率点转速ω_m‑1的差值小于δ，则停止搜索，δ为系统设定的最大功率点电压或者转速的临界值；(2)在步骤(1)的搜索结果中选取最大功率点附近的三个点电压U₁’、U₂’和U₃’或者三个点转速ω₁’，ω₂’，ω₃’，使其满足U_m‑N＜U₁’、U₂’、U₃’＜U_m+N或者ω_m‑N＜ω₁’、ω₂’、ω₃’＜ω_m+N，其中，N是最大功率点电压或者转速附近的一段范围，如果不满足，重新选取U₁’、U₂’和U₃’或ω₁’、ω₂’和ω₃’；(3)判断或者是否成立，其中，P₁’、P₂’、P₃’分别为最大功率点附近的三个点电压U₁’、U₂’、U₃’或者三个点转速ω₁’，ω₂’，ω₃’所对应的功率值，如果成立，则求出二次插值法图像的系数a，b，c，如果不成立，则令U₃’＝U₂’，U₂’＝U₁’，P₃’＝P₂’，P₂’＝P₁’，或者令ω₃’＝ω₂’，ω₂’＝ω₁’，P₃’＝P₂’，P₂’＝P₁’，然后则求出二次插值法图像的系数a，b，c，其中，对于太阳能发电系统，二次插值多项式的函数一般式为：L(U)＝aU²+bU+c，其中，$a=\frac{{P_1}^{,}}{({U_1}^{,}-{U_2}^{,})({U_1}^{,}-{U_3}^{,})}+\frac{{P_2}^{,}}{({U_2}^{,}-{U_1}^{,})({U_2}^{,}-{U_3}^{,})}+\frac{{P_3}^{,}}{({U_3}^{,}-{U_1}^{,})({U_3}^{,}-{U_2}^{,})}$$b=\frac{{P_1}^{,}({U_2}^{,}+{U_3}^{,})}{({U_1}^{,}-{U_2}^{,})({U_1}^{,}-{U_3}^{,})}+\frac{{P_2}^{,}({U_1}^{,}+{U_3}^{,})}{({U_2}^{,}-{U_1}^{,})({U_2}^{,}-{U_3}^{,})}+\frac{{P_3}^{,}({U_1}^{,}+{U_2}^{,})}{({U_3}^{,}-{U_1}^{,})({U_3}^{,}-{U_2}^{,})}$$c=\frac{{P_1}^{,}{U_2}^{,}{U_3}^{,}}{({U_1}^{,}-{U_2}^{,})({U_1}^{,}-{U_3}^{,})}+\frac{{P_2}^{,}{U_1}^{,}{U_3}^{,}}{({U_2}^{,}-{U_1}^{,})({U_2}^{,}-{U_3}^{,})}+\frac{{P_3}^{,}{U_1}^{,}{U_2}^{,}}{({U_3}^{,}-{U_1}^{,})({U_3}^{,}-{U_2}^{,})};$对于风力发电系统，二次差值多项式的函数一般式为：L(ω)＝aω²+bω+c，其中，$a=\frac{{P_1}^{,}}{({{\omega }_1}^{,}-{{\omega }_2}^{,})({{\omega }_1}^{,}-{{\omega }_3}^{,})}+\frac{{P_2}^{,}}{({{\omega }_2}^{,}-{{\omega }_1}^{,})({{\omega }_2}^{,}-{{\omega }_3}^{,})}+\frac{{P_3}^{,}}{({{\omega }_3}^{,}-{{\omega }_1}^{,})({{\omega }_3}^{,}-{{\omega }_2}^{,})}$$b=\frac{{P_1}^{,}({{\omega }_2}^{,}-{{\omega }_3}^{,})}{({{\omega }_1}^{,}-{{\omega }_2}^{,})({{\omega }_1}^{,}-{{\omega }_3}^{,})}+\frac{{P_2}^{,}({{\omega }_1}^{,}+{{\omega }_3}^{,})}{({{\omega }_2}^{,}-{{\omega }_1}^{,})({{\omega }_2}^{,}-{{\omega }_3}^{,})}+\frac{{P_3}^{,}({{\omega }_1}^{,}+{{\omega }_2}^{,})}{({{\omega }_3}^{,}-{{\omega }_1}^{,})({{\omega }_3}^{,}-{{\omega }_2}^{,})}$$c=\frac{{P_1}^{,}{{\omega }_2}^{,}{{\omega }_3}^{,}}{({{\omega }_1}^{,}-{{\omega }_2}^{,})({{\omega }_1}^{,}-{{\omega }_3}^{,})}+\frac{{P_2}^{,}{{\omega }_1}^{,}{{\omega }_3}^{,}}{({{\omega }_2}^{,}-{{\omega }_1}^{,})({{\omega }_2}^{,}-{{\omega }_3}^{,})}+\frac{{P_3}^{,}{{\omega }_1}^{,}{{\omega }_2}^{,}}{({{\omega }_3}^{,}-{{\omega }_1}^{,})({{\omega }_3}^{,}-{{\omega }_2}^{,})}$(4)根据公式U_ref＝‑2a/b或者ω_ref＝‑2a/b计算二次插值法得到的最大功率点电压或转速；(5)t时间后，判断比较U_ref‑U_m＜δ或ω_ref‑ω_m＜δ是否成立，如果成立，则输出风光互补发电系统的最大功率点U_ref或者转速ω_ref，如果不成立，重复步骤(1)至步骤(4)直至U_ref‑U_m＜δ或者ω_ref‑ω_m＜δ成立，其中，U_m和ω_m分别为扰动观察法得到的最大功率点电压和转速；采用扰动观察法搜索风光互补发电系统的最大功率点的方法包括以下步骤：(a)对于太阳能发电系统计算P₁和P₂，P₁＝U₁×I₁，P₂＝U₂×I₁，U₂＝(U₁₊ΔU)，其中，P₁为测量的电压U₁所对应的功率值；对于风力发电系统计算P₁＝kω₁³，P₂＝kω₂³，ω₂＝(ω₁+Δω)，k＝4A×ρ×C_T×π³×R³，其中，A为风力发电的扇叶面积，ρ为空气密度，C_T为风能利用率，R为风轮半径，其中，P₁为测量的转速ω₁所对应的功率值；(b)判断P₂和P₁的关系，如果P₁＞P₂，且U₁＞U₂，或者P₁＜P₂，且U₁＜U₂或者P₁＞P₂，且ω₁＞ω₂，或者P₁＜P₂，且ω₁＜ω₂，则最大功率点电压U_m＝U₂+ΔU，最大功率点转速ω_m＝ω₂+Δω，如果P₁＞P₂，且U₁＜U₂，或者P₁＜P₂，且U₁＞U₂，或者P₁＞P₂，且ω₁＜ω₂，或者P₁＜P₂，且ω₁＞ω₂，则最大功率点电压U_m＝U₂‑ΔU，最大功率点转速ω_m＝ω₂‑Δω。