[发明专利]开关磁阻风电系统起动控制和MPPT控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及小功率变速开关磁阻风力发电系统领域，尤其涉及一种实现开关磁阻风力发电系统起动控制及最大功率跟踪的自适应神经元控制方法。

背景技术

SRG (switched reluctance generator , 开关磁阻发电机)结构坚固、简单、成本低，效率高，允许温升较高，适用于环境恶劣场合，功率变换器是单极性的，相绕组与主开关串联，安全裕度较大，是变速风力发电系统中具有发展前景的一种新型同步发电机。目前，开关磁阻风力发电系统最大功率跟踪控制的主要方法是：系统起始工作时，先通过外力将SRG拖动至一定转速，然后接入风力机，采用风速跟踪、功率反馈、最大功率搜索这3种控制方法之一进行SRG转速调节以跟踪风速变化，使风轮叶尖速比保持在最佳值，实现最大风能跟踪（MPPT）控制，其中闭环控制器多采用常规比例积分微分PID算法。但由于开关磁阻风力发电系统实际存在非线性及不确定性，基于常规PID算法的MPPT控制存在参数整定困难、鲁棒性差、难以在风速、负载大范围和大幅度变化时取得理想动静态性能的缺点。另一方面，系统起始工作时，通过附加动力装置（如附加电动机）提供机械外力驱动SRG由静止起动至一定转速的方法，增加了系统的成本和控制的复杂性。若在系统起始工作时，利用风轮所具有的自起动性能而不靠其他外力协助将SRG拖动到一定转速，这虽可简化系统结构、降低成本，但大多数风轮只有在超过一定风速的条件下，才具备自起动能力。对离网型风电机组具有竞争力的小功率开关磁阻风力发电系统而言，其运行风速一般较低，在其运行风速范围内的低风速段,风轮自起动困难或不能自起动。

小功率开关磁阻风力发电系统的起动控制及MPPT非线性控制是其商业化进程中有待解决的关键问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中提及的小功率开关磁阻风力发电系统的起动控制及MPPT非线性控制的问题，提出一种实现开关磁阻风力发电系统起动控制及最大功率跟踪的自适应神经元控制方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种开关磁阻风电系统起动控制和MPPT控制方法，包括电动运行的开关磁阻电机起动控制步骤、发电运行的开关磁阻电机控制步骤；

其中，所述开关磁阻电机起动控制步骤具体如下：

步骤A，在系统起动阶段，由风力机和电动运行的开关磁阻电机共同提供发电系统起动的动力矩，开关磁阻电动机工作在电流斩波控制模式下，直接在一定范围内设置开关磁阻电机斩波电流阈值及电动运行所对应的开通角、关断角固定值，且开通角、关断角的设置应使相邻相绕组的导通有适当重叠以免出现起动死区； 

步骤B，当开关磁阻电机由静止被拖动到额定转速，起动控制步骤结束，切换至发电运行的开关磁阻电机控制步骤； 

所述发电运行的开关磁阻电机控制步骤如下：

步骤C，当功率变换器主电路的储能电容端电压小于或等于辅助直流电源电压时，采用辅助直流电源为开关磁阻发电机相绕组励磁提供电能；

步骤D，当储能电容端电压大于辅助直流电源电压时，切除辅助直流电源，切换为由开关磁阻发电机自身发出的电能励磁；

开关磁阻发电机工作在电流斩波控制模式下，直接设置开关磁阻电机发电运行所对应的开通角、关断角固定值，而开关磁阻电机斩波电流阈值则由MPPT单神经元自适应PID控制算法得到，具体步骤如下：

设                                                为开关磁阻电机角速度最优指令值，其对应于风力机最佳叶尖速比，即

                                              (1)

式中，j为齿轮箱变比；λ_opt为风力机的最佳叶尖速比；R为风轮半径，V为风速；

定义开关磁阻电机实际角速度跟踪最优指令 的误差为

                                        (2)

单神经元自适应PID算法的输入信号、进行如下状态变换，即

                                （3）

单神经元自适应PID算法的输出增量及输出为

                              （4）