[发明专利]一种小型风力机最大功率跟踪装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源领域，特别是涉及一种小型风力机最大功率跟踪装置及方法。

背景技术

随着社会的发展，能源和环境成为人们面对的紧要问题。风能作为以一种清洁可再生能源，有很好的应用前景。由于风能具有随机性、不稳定性和能量密度低等缺点，给风能的利用产生了很多问题。因此，最大功率点跟踪技术(MPPT)的研究和发展变得尤为重要。最大功率点跟踪技术使系统快速地、准确地从外界吸收更多的能量。目前，应用于风力发电机MPPT控制技术主要有最佳叶尖速比法、功率反馈法以及扰动观察法。

最佳叶尖速比(TSR)法的基本思想是当风速变化时，实时调整发电机转速，维持风力机的叶尖速比在最佳值处(最佳值一般是通过计算或实验获得)，这样在任何风速下风能的利用率都最大，从而实现最大风能跟踪。此种控制算法的好处是控制原理简单，容易实现。缺点是需要测量风速和风力机转速，还需要预先知道风力机固有的叶尖速比曲线，由于风速的实时准确测量比较困难，此种控制算法容易引起风力机输出功率的剧烈波动,因此在实际中应用较少。

功率反馈法(PSF)的基本思想是预先计算或实验得到最大功率点曲线，当风速发生变化时，首先检测出风力机的转速，然后根据最大功率曲线计算出此时风机的输出功率，以此为参考功率并与当前风速下的风机捕获实际功率作比较产生差值信号，从而进行功率的闭环控制，实现对最大功率点的跟踪。该方法的优点是不用测量风速，而且风力机的输出功率不会波动，缺点是对于不同的风力机，需要事先仿真或试验得到风力机的最大功率曲线，增加功率反馈控制难度和实际应用成本。

扰动观察法与太阳能发电系统扰动法基本相似：首先给风轮施加一个较小的转速波动，然后检测系统的输出功率的变化量，如果变化量大于零，则表明扰动方向正确；如果变化量小于零，则向相反的方向进行扰动。该方法简单、不需要测量风速，可以很好降低成本，但是在最大功率点处，由于步长的原因，会产生波动且步长过小，跟踪速度减慢，步长过大会造成最大功率跟踪过程中功率的波动。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之一目的在于提供一种小型风力机最大功率跟踪装置及方法，其可以提高小型风力机的风能利用率，加快跟踪小型风力机最大功率的速度，提高跟踪小型风力机最大功率的准确度，从而在根本上降低小型风力机发电系统的成本，提高风能的利用率。

为达上述及其它目的，本发明提出一种小型风力机最大功率跟踪装置，包括：

MTTP处理器，与一小型风力机以及PWM控制器相连，用于采集所述小型风力机的输出功率P及角速度W，并根据所采集的相邻三个工作点的输出功率及角速度获取相应面积比以及输出功率差值，进而获取扰动步长变化量并传输至所述PWM控制器；

PWM控制器，与DC/DC电能变换电路相连，用于将所述扰动步长变化量与预置的PWM载波信号相比较，产生PWM控制信号；

DC/DC电能变换电路，与负载相连，用于接收所述PWM控制信号，实时调节输出电压以及负载功率，完成最大功率跟踪。

进一步地，所述MTTP处理器进一步包括：

第一面积获取单元，用于采集相邻三个工作点中第一工作点与第二工作点的输出功率及角速度，获取第一面积；

第二面积获取单元，用于采集相邻三个工作点中第二工作点与第三工作点的输出功率及角速度，获取第二面积；

扰动步长变化量获取单元，分别与所述第一面积获取单元以及所述第二面积获取单元相接，用于获取所述第二面积与第一面积的比值及输出功率的差值，进而获取所述扰动步长变化量。

进一步地，所述扰动步长变化量为：

ΔD＝a(ΔP/|ΔP|)ΔS^ΔP/|ΔP|

其中ΔP＝P3-P2，ΔS＝S2/S1，P3、P2为所述第三工作点、第二工作点的输出功率，S2、S1分别为所述第二面积、第一面积，扰动灵敏度a为常系数，0<a<1。

进一步地，当工作点离最大功率点M较远，所述扰动步长变化量△D较大，此时通过所述扰动步长变化量△D与所述PWM载波信号比较，输出占空比较大的PWM控制信号，则所述DC/DC电能变换电路输出电压升高较快，工作点向最大功率点M快速移动。