專利名稱：基于開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率自動跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制方法。屬于風(fēng)力發(fā) 電領(lǐng)域。
本發(fā)明尤其涉及一種基于開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的利用開關(guān)磁阻控制器對開關(guān)磁 阻發(fā)電機(jī)勵磁電流進(jìn)行擾動控制的最大功率跟蹤控制方法。
本發(fā)明尤其涉及一種基于開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無需知道風(fēng)輪機(jī)機(jī)械特性即可 自動實現(xiàn)最大功率輸出的跟蹤方法。
背景技術(shù)：
由于受環(huán)境和能源問題所困，近年來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到了快速發(fā)展，成本也呈逐年 下降的趨勢?？紤]污染治理成本，風(fēng)力發(fā)電的成本已降至接近燃煤發(fā)電成本。因此，風(fēng) 力發(fā)電具有廣闊的發(fā)展前景。
目前現(xiàn)場使用的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多數(shù)采用普通異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、直流發(fā) 電機(jī)和雙饋發(fā)電機(jī)四種，此類發(fā)電機(jī)大都存在風(fēng)能利用效率低、變速范圍不夠?qū)挕⑿枰?安裝增速齒輪箱等缺點。開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)(簡稱SRG)為雙凸極電機(jī)，定子、轉(zhuǎn)子均為 凸極齒槽結(jié)構(gòu)，定子上設(shè)有集中繞組，轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，由此帶來變換器及 控制、驅(qū)動的簡潔性。開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的變速運行范圍寬，低速運行性能好，電機(jī)結(jié)構(gòu) 簡單，可靠性高，電機(jī)的損耗小，運行效率高，輸出為恒壓直流電，易于并網(wǎng)，同時可 將齒輪箱省掉，提高了對風(fēng)能的利用效率。但目前的開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，為了實 現(xiàn)在各種風(fēng)速下的最大輸出功率，大多需要安裝風(fēng)速測量裝置，通過測量風(fēng)速實現(xiàn)控制 目標(biāo)，或需在設(shè)計開關(guān)磁阻控制器前預(yù)先明確知道風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械特性，根據(jù)風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn) 速來實現(xiàn)最大功率輸出。由于風(fēng)輪機(jī)長時間運行會導(dǎo)致機(jī)械特性發(fā)生改變，因此這兩種 實現(xiàn)方法除了增加投資外，還會在長期運行中偏離最大輸出功率點，影響風(fēng)能利用效率， 也未能充分發(fā)揮開關(guān)磁阻電機(jī)控制靈活的特點。
因此，設(shè)計一種無需安裝風(fēng)速測量裝置、也無需知道風(fēng)輪機(jī)機(jī)械特性即可實現(xiàn)開關(guān) 磁阻風(fēng)力發(fā)電最大功率自動跟蹤的控制方法，對解決開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電實用化具有很重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的缺陷，提出一種無需安裝風(fēng)速測量裝置、無需知道風(fēng)輪機(jī)機(jī)械特性、能在現(xiàn)場使用的基于開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率自動跟蹤方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案該基于開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率自動跟蹤方法，其特征在于開關(guān)磁阻控制器通過改變勵磁電流值的大小，向開關(guān)磁阻電機(jī)的勵磁電流中注入擾動量A/，通過設(shè)置在母線上的電壓、電流傳感器分別檢測輸出母線的電壓和電流信號，開關(guān)磁阻控制器通過電壓和電流信號計算開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的輸出功率，并根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出功率變化和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，自動調(diào)節(jié)勵磁電流擾動量A"使發(fā)電機(jī)輸出功率始終穩(wěn)定在最大值上。
電流傳感器和電壓傳感器安裝在母線上的濾波電容和負(fù)載之間。
開關(guān)磁阻控制器向開關(guān)磁阻電機(jī)的勵磁電流中注入的擾動量A/ ，用公式表示為
《+ )1柳- < 0 & A"(A:) < 0 (1)
其中z'(A + l)為在(A: + l)時刻勵磁電流目標(biāo)值，/(A:)為在&時刻勵磁電流值，^嘩為單位電流擾動量，A;^(W為A:時刻發(fā)電機(jī)發(fā)出的電功率變化值，Aw("為&時刻發(fā)
電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化值，電流增加時每次增加4啤，電流減小時每次減小為附'^印，其
中W > 3以確保電流快速減小。
為了提高系統(tǒng)響應(yīng)特性和穩(wěn)定性，可以在剛開始發(fā)電運行時將單位電流擾動量
t嘩設(shè)置的值大一些，以縮短跟蹤時間。等輸出功率穩(wěn)定在一定范圍后，可以慢慢減
小4嘩的值，最后使輸出功率穩(wěn)定在最大值附近，減小輸出功率的震蕩。根據(jù)公式尸W計算發(fā)電機(jī)的輸出功率。
運行過程中，在擾動量A/的作用下，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的輸出功率A增加或者發(fā)電
機(jī)的轉(zhuǎn)速增加，說明這個擾動量的方向是正確的，可以在新的勵磁電流基礎(chǔ)上繼續(xù)沿著這個方向施加擾動量。如果開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的輸出功率凡減小同時發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也減小，則擾動量A/應(yīng)該反方向變化，減小勵磁電流的值。
由于風(fēng)輪機(jī)的功率轉(zhuǎn)速特性曲線為凸函數(shù)，為避免風(fēng)輪機(jī)工作在最高功率點的左半部分時會出現(xiàn)不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，可采用"緩慢增加，快速減小"的方法控制勵磁電流的變化，即勵磁電流需要增加時每次增加一個比較小的值，需要減小時則每次減小一個較大的值。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的基于開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率自動跟蹤方法的有益效果是-
1. 可以省去風(fēng)速測量裝置，降低了系統(tǒng)成本，提高了可靠性；
2. 無需明確知道風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械特性，避免了為達(dá)到最大功率輸出需要使用包括風(fēng)輪機(jī)葉片機(jī)械特性等參數(shù)在內(nèi)的繁瑣的計算過程，發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計更容易；
3. 長期運行中，即使風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械特性有所改變，也可以自動適應(yīng)這種變化，維持最大的風(fēng)能利用效率；
4. 只需在發(fā)電機(jī)電能輸出母線上增加一個電流傳感器、 一個電壓傳感器即可使用開關(guān)磁阻控制器來實現(xiàn)最大功率的自動跟蹤，充分運用了開關(guān)磁阻電機(jī)控制靈活的特點。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)安裝原理圖。
圖l是本發(fā)明的最佳實施例。其中l(wèi)風(fēng)輪機(jī)、2開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)、3開關(guān)磁阻控制器、4電流傳感器、5電壓傳感器、6母線濾波電容。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明的基于開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率自動跟蹤方法做進(jìn)一步說明。
參照圖l:
本發(fā)明的開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)輪機(jī)l、關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)2、開關(guān)磁阻控制器3、電流傳感器4、電壓傳感器5、母線濾波電容6組成。風(fēng)輪機(jī)l葉片直接驅(qū)動開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)(SRG)2，并在開關(guān)磁阻控制器3的控制下實現(xiàn)發(fā)電。同時開關(guān)磁阻控制器3檢測母線電流傳感器4和母線電壓傳感器5的信號，計算開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)(SRG) 2的輸出功率，電流傳感器4和電壓傳感器5應(yīng)安裝在母線濾波電容6和負(fù)載之間。剛開始發(fā)電工作時，開關(guān)磁阻控制器3主動給開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)(SRG) 2的勵磁電流施加一個較大的擾動量Az'，如果在這個擾動量A/的作用下，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)(SRG) 2的輸出功率A增加或者開關(guān)
磁阻發(fā)電機(jī)(SRG) 2的轉(zhuǎn)速增加，說明這個擾動量的方向是正確的，可以在新的勵磁電流基礎(chǔ)上繼續(xù)沿著這個方向增加勵磁電流。如果開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)(SRG) 2的輸出功率^
減小同時開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)(SRG) 2的轉(zhuǎn)速也減小，則擾動量A/應(yīng)該反方向變化，需要快速減小勵磁電流，減小開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)(SRG) 2輸出的功率。直到開關(guān)磁阻控制器3檢測到開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)(SRG) 2的轉(zhuǎn)速增加，則再開始增加勵磁電流，如此反復(fù)擾動，開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率將在最大功率點附近震蕩運行。此時可以將擾動量A/值變小，繼續(xù)在功率穩(wěn)定的基礎(chǔ)上對開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)(SRG) 2的輸出功率進(jìn)行擾動試探，直到擾動量A/近似為零或者輸出功率變化近似為零結(jié)束。
權(quán)利要求
1.基于開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率自動跟蹤方法，其特征在于開關(guān)磁阻控制器通過改變勵磁電流值的大小，向開關(guān)磁阻電機(jī)的勵磁電流中注入擾動量Δi，通過設(shè)置在母線上的電壓、電流傳感器分別檢測輸出母線的電壓和電流信號，開關(guān)磁阻控制器通過電壓和電流信號計算開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的輸出功率，并根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出功率變化和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，自動調(diào)節(jié)勵磁電流擾動量Δi，使發(fā)電機(jī)輸出功率始終穩(wěn)定在最大值上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率自動跟蹤方法， 其特征在于電流傳感器和電壓傳感器安裝在母線上的濾波電容和負(fù)載之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率自動跟蹤方法， 其特征在于開關(guān)磁阻控制器向開關(guān)磁阻電機(jī)的勵磁電流中注入的擾動量A/，用公式 表示為<formula>formula see original document page 2</formula>其中/(A + l)為在(A: + l)時刻勵磁電流目標(biāo)值，/(A:)為在A:時刻勵磁電流值，"啤為 單位電流擾動量，Aj^("為A:時刻發(fā)電機(jī)發(fā)出的電功率變化值，Aw("為A:時刻發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化值，電流增加時每次增加^嘩，電流減小時每次為附 4鄉(xiāng)，其中W > 3 以確保電流快速減小。
全文摘要
基于開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率自動跟蹤方法，屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。開關(guān)磁阻控制器通過改變勵磁電流值的大小，向開關(guān)磁阻電機(jī)的勵磁電流中注入擾動量Δi，通過設(shè)置在母線上的電壓、電流傳感器分別檢測輸出母線的電壓和電流信號，開關(guān)磁阻控制器通過電壓和電流信號計算開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的輸出功率，并根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出功率變化和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，自動調(diào)節(jié)勵磁電流擾動量Δi，使發(fā)電機(jī)輸出功率始終穩(wěn)定在最大值上。無需在開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中額外安裝風(fēng)速測量裝置，也無需明確知道風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械特性等參數(shù)，即可跟蹤風(fēng)速變化，輸出最大功率。
文檔編號H02P9/14GK101686034SQ20081015732
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者徐丙垠, 熊立新 申請人:山東科匯電力自動化有限公司