基于多步长的双馈风力发电系统最大功率跟踪控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于风能发电技术领域，尤其是一种基于多步长的双馈风力发电系统最大功率跟踪控制方法。
【背景技术】
[0002]风能储量丰富，已于获取，环保清洁，是最具商业化前景的可再生能源，正得到大规模的开发和利用。目前，在被利用的可再生能源中风能占据了明显的优势，风力发电技术也发展得较为成熟。双馈风力发电系统相比于传统的恒速恒频风力发电系统，具有能实现最大风能的追踪、风能利用率尚的优点。
[0003]风力发电系统的效率是风力发电系统最重要指标之一，对风力发电系统进行对大功率点跟踪是提高风力发电系统的效率的重要途径。然而，由于风速的不稳定性，风能是一种具有随机性、不稳定性的能源，实现风力机追踪最大风能比较困难。目风力发电系统的最大风能追踪策略主要有:最佳叶尖速比法，功率信号反馈法，爬山搜索法等。爬山搜索法无需测量风速，也不需已知风力机的功率特性，而是人为地施加转速扰动变化量，根据发电机输出功率的变化确定风机转速的控制增量，通过控制发电机电磁转矩使得风机转速趋于给定，反复执行上述搜索策略，直到风电系统运行在最大功率点。虽然爬山法可以跟踪到最大功率点，但其受扰动步长的影响较大，当扰动步长较大时可以快速跟踪到最大功率点，但是在最大功率点处振荡较大；当扰动步长较小时，虽然在最大功率点处振荡较小，但是跟踪时间较长，跟踪速度不高。
[0004]经对现有技术文献的检索发现，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)提出了一种双步长的爬山搜索法，能在一定程度上改善系统稳态性能和动态性能，但是算法中的三个设定值:大步长、小步长、阈值难以确定。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.)提出了一种变步长的爬山搜索法，通过比较采样的三个点的功率来确定扰动步长大小，能在风速变化不大的情况下改善系统稳态性能和动态性能，但是在风速变化较快时取点误差太大，可能无法实现最大风能追踪。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.)中讨论了一种基于斜率的变步长搜索法，给出了求变步长的方法，能同时极大地改善系统的响应速度和稳定状态，但是算法所需的一个合适的比例系数K难以确定，且抗干扰性差。
[0005]针对以上不足，本发明综合考虑双馈风力发电系统动态性能和稳态性能，根据风机生产厂家提供的风机参数确定最大功率点左侧、右侧初始扰动步长的大小，并利用风力机输出功率对风力机转速的导数的绝对值与风力机输出功率的乘积对风力机P-n曲线进行分界，在不同的分界区域采用不同的扰动步长，能较好的改善风力发电系统的的稳态性能和动态性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种基于多步长的双馈风力发电系统最大功率跟踪控制方法，能同时减少双馈风力发电系统稳态功率损失和提高动态跟踪速度，优化双馈风力发电系统最大功率跟踪控制算法的设计步骤。
[0007]本发明的目的通过如下技术方案实现。
[0008]基于多步长的双馈风力发电系统最大功率跟踪控制方法，包括如下步骤:
(O设定风力机转速的在最大功率点左侧和右侧施加的初始扰动步长为屯和d2;
(2)采样k时刻风力机输出功率P(k)，风力机转速n (k)；
(3)计算k时刻的风力机输出功率变化量ΔΡΟΟζΡΟΟ-ΡΟ?-Ι)、风力机转速变化量An(k)=n(k)-n(k-l);其中P(k_l)、n(k_l)为k_l时刻的风力机输出功率和风力机转速；
(4)判断AP(k)是否为0;若为0，则不改变风力机转速n，返回继续采样；若判断Δ P (k) # 0，则判断Δ P (k) * Δ n (k)是否大于等于零，若Δ P (k) * Δ n (k)彡0，说明系统当前工作点在最大功率点左侧，选取步长为Cl1，对风力机转速η施加正向扰动；若Λ P (k) * Λ n (k)〈0，说明系统当前工作点在最大功率点右侧，选取步长为d2，对风力机转速η施加负向扰动；
(5)重复步骤(2)~步骤(4)直到系统工作在最大功率点。
[0009]进一步地，作用于最大功率点两侧的初始步长屯和d2，二者满足关系式:(^=60*?/(30*p)和d2=60*fN/ (50*p)，其中fN为风力机额定频率、P风力机极对数，外界环境条件变化时，屯和d 2的值恒定不变，为常量。
[0010]3.根据权利要求1所述的基于多步长的双馈风力发电系统最大功率跟踪控制方法，其特征在于当系统工作点位于最大功率点左侧时，风力机转速η的扰动步长按如下方式整定:计算函数M (k) =P (k) *abs ( Δ P (k) / △ n (k))，设函数M (k)的变化量AM(k)=M(k)-M(k-l)，判断若AM(k)/ An(k)大于 0，则取步长为 d1;若AM(k)/ An(k)小于0，则判断M(k)是否大于等于P(k)，若M(k)多P(k)，则取步长为Cl1，若M(k)〈P(k)，则取步长为C^M(k)/P (k);其中abs()为绝对值函数，M(k-l)为k-Ι时刻的函数M的函数值。
[0011]进一步地，当系统工作点位于最大功率点右侧时，风力机转速η的扰动步长按如下方式整定:计算M(k) =P (k) *abs ( Δ P (k) / Δ n (k))，设函数M(k)的变化量AM(k)=M(k)-M(k-l)，判断若AM(k)/An(k)大于0，则判断M(k)是否大于等于P(k)，若M(k)多 P(k)，则取步长为 d2，若 M(k)〈P(k)，则取步长为 d2*M(k)/P(k) —M(k)Mn(k)小于0，则取步长为d2，其中abs()为绝对值函数，M(k-l) Sk-1时刻的函数M的函数值。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下效果:本发明提供一种确定两侧初始扰动步长的基础上，利用相关函数对风力机P-n特性曲线分界的思想，采用两种定变步长和两种变步长跟踪风力发电系统的最大功率点，提尚了最大功率点跟踪的速度和稳定精度，