風(fēng)力發(fā)電最大功率跟蹤法的研究

汪萃英

【摘 要】本文針對在任何風(fēng)速條件下，都能夠獲得最大輸出功率，采用一種基于最大功率跟蹤法MPPT保證不管外界環(huán)境如何變化，都能夠?qū)崿F(xiàn)最大功率跟蹤。利用Matlab/Simulink仿真環(huán)境，搭建了風(fēng)力發(fā)電最大功率跟蹤模型。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明在外界環(huán)境變化時(shí)，所建模型能快速有效地跟蹤風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電；最大功率點(diǎn)跟蹤

Research on Wind Maximum Power Point Tracking Method

WANG Cui-ying

（Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， China）

【Abstract】In this paper， at any wind speed conditions， are able to obtain the maximum output power， uses a method based on the maximum power point tracking MPPT guaranteed regardless of changes in the external environment， we are able to achieve maximum power tracking.Using Matlab / Simulink simulation environment to build a wind power generation MPPT model.The simulation and experimental results show that changes in the external environment， the model is able to quickly and efficiently track the maximum power point of wind power.

【Key words】Wind power generation； Maximum power point tracking

0 引言

風(fēng)能是一種具有隨機(jī)性、不穩(wěn)定性特征的能源，近年來，風(fēng)力發(fā)電逐漸成為新能源技術(shù)中最具規(guī)模和最成熟的發(fā)電方式之一。為了提高在不同風(fēng)速時(shí)系統(tǒng)的發(fā)電效率，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，人們提出了各種最大功率控制策略[1-2]，例如：給定法，黑箱法，混合控制法等控制方法。這些控制方法會導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性低、實(shí)際應(yīng)用成本較高[3]。本文研究的是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在黑箱法的基礎(chǔ)上，采用占空比擾動法，研究在隨機(jī)風(fēng)速條件下，保持風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總是工作在或者接近于最佳狀態(tài)，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率。

1 最大功率跟蹤法控制策略

1.1 最優(yōu)葉尖速比法控制

最優(yōu)葉尖速比法控制原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)，在風(fēng)速測量精確地情況下，具有很好的準(zhǔn)確性和反應(yīng)速度，然而它需要測量風(fēng)速、轉(zhuǎn)速，風(fēng)力機(jī)輸出功率會因?yàn)轱L(fēng)速的隨機(jī)性和不確定性而產(chǎn)生劇烈波動，系統(tǒng)可靠性低。

1.2 功率反饋法控制

功率反饋法不需要知道確切的風(fēng)力機(jī)特性，也無需測量風(fēng)速，具有較好的效果和使用價(jià)值，但需要檢測風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)功率，還需要知道最優(yōu)功率曲線，此曲線很難獲得。

1.3 爬山法控制策略

針對前兩種算法的缺點(diǎn)，爬山搜索法應(yīng)運(yùn)而生。爬山搜索法無需測定風(fēng)速，也無需知道風(fēng)力機(jī)確切的功率特性，具有自動跟隨與自適應(yīng)能力。但是該方法屬于有差調(diào)節(jié)，即風(fēng)速穩(wěn)定后發(fā)電機(jī)的最終輸出功率也會存在小幅的波動，無法穩(wěn)定在某一數(shù)值。

2 占空比擾動法

占空比擾動法實(shí)際上是一種特殊的爬山法。利用斬波器的阻抗變換作用，調(diào)整信號的占空比，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸入、輸出特性與負(fù)載阻抗相匹配，實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。

采用占空比擾動法，搭建風(fēng)力發(fā)電單元最大功率跟隨simulink模型，如圖所示：

圖1 風(fēng)力發(fā)電單元最大功率跟隨仿真模型

圖2 風(fēng)速變化時(shí)風(fēng)力發(fā)電單元輸出功率波形

由圖可知，風(fēng)速的變化時(shí)仿真模型能快速有效地跟蹤風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)，最大功率值隨風(fēng)速的增大而增大。

3 結(jié)論

本文研究了一種基于占空比擾動法的風(fēng)力發(fā)電最大功率跟隨方法，采用占空比擾動法，在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下搭建了風(fēng)力發(fā)電最大功率跟隨模型。仿真表明，在外部環(huán)境變化時(shí)，所建模型能夠較好地實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，這種方法不僅具有較高的捕風(fēng)能力，而且有快速的跟蹤性和穩(wěn)定性。

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