[发明专利]风力发电系统最大功率的捕获方法、系统及其实现方法

权利要求书

1.一种风力发电系统最大功率的捕获方法，所述风力发电系统为永磁同步风力发电机系统，主要由风轮机、永磁同步发电机、整流器、SEPIC斩波器和固定电压的蓄电池组成；所述风轮机捕获风能并带动所述永磁同步发电机的转子旋转产生电流，电流经整流器转化成直流电提供给SEPCI斩波器，使SEPIC斩波器的输出电压为该蓄电池组的固定电压；其特征在于：通过一最大功率点跟踪控制器连接所述SEPIC斩波器的S开关，以通过控制SEPIC斩波器的S开关的占空比来控制风轮机的转速，使风轮机的转速不断靠近输出的最大功率点，从而捕获永磁同步风力发电机系统最大功率。

2.根据权利要求1所述的所述风力发电系统最大功率的捕获方法，其特征在于：所述风轮机的转速的控制策略是：在风轮机的输出功率离最大功率点远时，则控制S开关的占空比加大；在风轮机的输出功率离最大功率点近时，则控制S开关的占空比加大。

3.根据权利要求2所述的所述风力发电系统最大功率的捕获方法，其特征在于：测量风轮机在一测量周期前后两个时刻n和n+1的输出功率P(n)和P(n+1)，若两个输出功率的差值处于很小的范围时，则风轮机转速的爬山速度Δω应加大，扰动值加大，则控制S开关的占空比加大；两个输出功率的差值处于较大的范围时，风轮机转速的爬山速度Δω变小，扰动值变小，则控制S开关的占空比减小，直到达到最大功率点时停止扰动。

4.一种风力发电系统最大功率的捕获系统，所述风力发电系统为永磁同步风力发电机系统，主要由风轮机、永磁同步发电机、整流器、SEPIC斩波器和固定电压的蓄电池组成；所述风轮机捕获风能并带动所述永磁同步发电机的转子旋转产生电流，电流经整流器转化成直流电提供给SEPCI斩波器，使SEPIC斩波器的输出电压为该蓄电池组的固定电压；其特征在于：还包括一最大功率点跟踪控制器，该最大功率点跟踪控制器连接所述SEPIC斩波器的S开关，以通过控制SEPIC斩波器的S开关的占空比来控制风轮机的转速，使风轮机的转速不断靠近输出的最大功率点，从而捕获永磁同步风力发电机系统最大功率。

5.根据权利要求4所述的所述风力发电系统最大功率的捕获系统，其特征在于：所述风轮机的转速的控制策略是：在风轮机的输出功率离最大功率点远时，则控制S开关的占空比加大；在风轮机的输出功率离最大功率点近时，则控制S开关的占空比加大。

6.根据权利要求5所述的所述风力发电系统最大功率的捕获系统，其特征在于：控制SEPIC斩波器的S开关的占空比的过程是：测量风轮机在一测量周期前后两个时刻n和n+1的输出功率P(n)和P(n+1)，若两个输出功率的差值处于很小的范围，则控制S开关的占空比加大；两个输出功率的差值处于较大的范围时，则控制S开关的占空比减小，直到达到最大功率点时停止扰动。

7.根据权利要求4所述的所述一种风力发电系统最大功率的捕获系统，其特征在于：所述大功率点跟踪MPPT控制器还连接所述风轮机，以对所述风轮机的浆距角和偏航角进行控制。

8.一种如权利要求3至7任一项所述的风力发电系统最大功率的捕获系统的组态实现方法，其特征在于：包括：

步骤S1、根据所述永磁同步风力发电机系统的组成以及特点，建立风电最大功率捕获控制的数学模型；

步骤S2、设计最大功率点跟踪控制器的结构，并确定最大功率点跟踪控制器的控制参数为所述SEPIC斩波器的S开关的占空比；

步骤S3、根据爬山法的特点以及永磁同步风力发电机系统的特点，对变速爬山法进行优化，得到风轮机输出功率的最大功率点的跟踪策略；

步骤S4、在组态软件中开发并封装SEPIC斩波器控制元件，实现永磁同步风力发电机系统最大功率的捕获控制系统并完成仿真。

9.根据权利要求7所述的风力发电系统最大功率的捕获控制的组态实现方法，其特征在于：所述风电最大功率捕获控制的数学模型是：

风轮机产生的机械力矩为：

其中，

C_P＝f(λ,β)；

所述ρ是空气密度，R是风轮机的半径，V_W是风速大小，C_P是风能利用系数，且是叶尖速比λ和桨距角β的关系函数，它是评价风能转化效率的依据，取值范围为(0，1)；

在风的密度ρ和风轮机半径R不变的情况下，当风速一定时，风轮机产生的机械力矩则是风轮机转速ω_r的函数，则通过控制风轮机转速ω_r的大小来追踪最大风能捕获点。