CN107204731A - 基于几何平均数的风光互补发电系统mppt控制方法 - Google Patents

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Abstract

基于几何平均数的风光互补发电系统MPPT控制方法，首先根据MPPT控制方法分别计算风力、光伏发电系统的占空比。然后用几何平均数求出这两个占空比的平均值，用此平均值调整风光互补发电系统的输出电压，进而可以调整其输出功率。从而实现用一个DC/DC直流变换电路同时跟踪风力和光伏发电系统输出功率的目的，结构简单，既可以降低成本又能实现MPPT功能。保证系统稳定输出，达到资源优化配置。

Description

基于几何平均数的风光互补发电系统MPPT控制方法
技术领域
本发明涉及风光互补发电系统MPPT(最大功率跟踪)控制方法，特别是实现用一个DC/DC直流变换电路同时跟踪风力和光伏发电系统最大功率的方法。
背景技术
随着科技的高速发展，人类对于能源的需求量不断增加。因此，加速清洁能源的普及与推广，已成为世界各国走可持续发展道路的必然选择。新能源发电供能系统得到了快速发展。太阳能和风能在时间上的互补性使得风光互补发电系统在资源分布上具有很好的匹配性。
在初始阶段，风光互补发电系统只是简单的将风力发电系统和光伏发电系统进行了组合。在此结构中风力发电系统经过AC/DC整流电路和DC/DC直流变换电路后连接到直流母线上；光伏发电系统经DC/DC直流变换后连接到直流母线上。但是其成本较高。随着电力电子技术、智能控制的高速发展以及诸多学者对风光互补发电技术的深入研究，很多先进的MPPT控制方法已日臻完善。
由于风能、太阳能会受到风速、光照强度等自然条件变化的影响。在使用一个DC/DC直流变换电路的风光互补发电系统中，适宜的MPPT控制方法至关重要，既可以降低成本又能实现MPPT功能。保证系统稳定输出，达到资源优化配置。
发明内容
本发明的目的是用一个DC/DC直流变换电路同时跟踪风力和光伏发电系统最大功率的目的。
本发明是基于几何平均数的风光互补发电系统MPPT控制方法，风力发电与光伏发电两个子系统共用一个DC/DC直流变换电路，其步骤为：
步骤1：在系统正常运行的情况下，采集风力发电系统的输出电流iw、光伏发电系统的输出电流is、二者并联后的输出电压E、系统中DC/DC直流变换电路的输出电压U0。检测风机的转速ω。根据采集到风力和光伏发电系统的输出电压和输出电流计算输出功率变化量△Pw＝Pk-Pk-1、△Ps＝Pk-Pk-1,其中Pk、Pk-1表示第k秒和第k-1秒时的输出功率。计算风机的转速变化量△ω＝ωk-ωk-1,其中ωk、ωk-1表示第k秒和第k-1秒时的风机转速。计算输出电压的变化量△U0＝Uk-Uk-1,其中Uk、Uk-1表示第k秒和第k-1秒时系统中DC/DC直流变换电路的输出电压；
步骤2：由风力发电MPPT控制方法得到风力发电系统中DC/DC直流变换电路第k秒时的电压占空比Dw[k]；同理，能够得到光伏发电系统中DC/DC直流变换电路第k秒时的电压占空比Ds[k]；
步骤3：将步骤2计算所得值Dw[k]与Ds[k]输入占空比计算器中，用几何平均数计算得出Dw[k]与Ds[k]的几何平均值Dsw[k]：
步骤4：用步骤3计算出的Dsw[k]对风光互补发电系统的输出电压进行调整。其中输出电压为：
其中：U0表示系统中DC/DC直流变换电路的输出电压；E表示风力发电与光伏发电并联后的输出电压；Dsw[k]表示风力发电系统中DC/DC直流变换电路第k秒时的电压占空比Dw[k]与光伏发电系统中DC/DC直流变换电路第k秒时的电压占空比Ds[k]的几何平均值。
步骤5：检测并计算dPw/dω值的变化，若dPw/dω＝0，即风力发电系统达到最大功率；至此就能够完成对风力发电系统最大功率的跟踪；检测并计算dPs/dU0值的变化，若dPs/dU0＝0，即光伏发电系统达到最大功率，从而实现了用一个DC/DC直流变换电路同时跟踪风光互补发电系统的最大功率。
本发明的有益之处是：由于风光互补发电系统会受到风速、光照强度等自然条件的制约和影响，系统的输出功率会不稳定。适宜的MPPT控制方法可以使得风光互补发电系统在自然条件变化时，可以快速跟踪系统的输出功率。首先利用风力和光伏发电MPPT控制方法得到风力和光伏发电系统中的电压占空比，用几何平均数求得这两个占空比的平均值，然后用该平均值调整风光互补发电系统的输出电压，从而同时跟踪风光互补发电系统的输出功率。因此，实现用一个DC/DC直流变换电路同时跟踪风光互补发电系统的输出功率，结构简单，降低成本。
附图说明
图1是风光互补发电系统结构图，图2是基于几何平均数的风光互补发电系统MPPT控制方法原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的风光互补发电系统由风力发电子系统1、AC/DC整流电路2、光伏发电子系统4、DC/DC直流变换电路5、DC/AC逆变电路6、控制器7、负载8等组成。光伏发电子系统4由光伏电池板3组成。此系统的特点是风力发电系统1经过AC/DC整流电路2与光伏子系统4的输出端并联，然后由DC/DC变换器5升压后再经过DC/AC逆变电路6接入负载8。
如图2所示，本发明是基于几何平均数的风光互补发电系统MPPT控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1：在系统正常运行的情况下，采集风力发电系统的输出电流iw、风机的转速ω、光伏发电系统的输出电流is、二者并联后的输出电压E、DC/DC直流变换电路的输出电压U0。根据采集到的输出电压和输出电流计算风力和光伏发电系统输出功率变化量△Pw、△Ps。依据采集到的风机的转速和输出电压得到转速的变化量△ω及输出电压的变化值△U0；
步骤2：由风力发电MPPT控制方法得到风力发电系统中DC/DC直流变换电路第k秒时的电压占空比Dw[k]。同理，由光伏发电MPPT控制方法得到Ds[k]；
步骤3：用几何平均数求出这两个占空比的平均值Dsw[k]。其中
步骤4：用几何平均值Dsw[k]对风光互补发电系统的输出电压进行调整。其输出电压为：
其中：U0表示系统中DC/DC直流变换电路的输出电压；E表示风力发电与光伏发电并联后的输出电压；Dsw[k]表示风力发电系统中DC/DC直流变换电路第k秒时的电压占空比Dw[k]与光伏发电系统中DC/DC直流变换电路第k秒时的电压占空比Ds[k]的几何平均值。
由此可以达到用一个DC/DC直流变换电路同时跟踪风力和光伏发电系统最大功率的目的。
如图2所示，通过采集风光互补发电系统的输出电压和电流等参数,计算系统输出功率的变化,再利用MPPT控制方法得出风力和光伏发电系统的占空比，然后用几何平均数计算这两个占空比的平均值，用该平均值调整风光互补发电系统的输出电压，从而实现用一个DC/DC直流变换电路同时跟踪风光互补发电系统的最大功率。
具体实施步骤如下：
步骤1：在系统正常运行的情况下，采集风力发电系统的输出电流iw、光伏发电系统的输出电流is、二者并联后的输出电压E、系统中DC/DC直流变换电路的输出电压U0。检测风机的转速ω。根据采集到风力和光伏发电系统的输出电压和输出电流计算输出功率变化量△Pw＝Pk-Pk-1、△Ps＝Pk-Pk-1,其中Pk、Pk-1表示第k秒和第k-1秒时的输出功率。计算风机的转速变化量△ω＝ωk-ωk-1,其中ωk、ωk-1表示第k秒和第k-1秒时的风机转速。计算输出电压的变化量△U0＝Uk-Uk-1,其中Uk、Uk-1表示第k秒和第k-1秒时系统中DC/DC直流变换电路的输出电压；
步骤2：由风力发电MPPT控制方法得到风力发电系统中DC/DC直流变换电路第k秒时的电压占空比Dw[k]；同理，能够得到光伏发电系统中DC/DC直流变换电路第k秒时的电压占空比Ds[k]；
步骤3：用几何平均数求出这两个占空比的平均值Dsw[k]。
步骤4：用占空比平均值Dsw[k]对风光互补发电系统的输出电压进行调整。其输出电压为：
步骤5：检测并计算dPw/dω值的变化，若dPw/dω＝0，即风力发电系统达到最大功率。检测并计算dPs/dU0值的变化，若dPs/dU0＝0，即光伏发电系统达到最大功率。进而可以实现用一个DC/DC直流变换电路同时跟踪风力、光伏发电系统的最大功率。
由以上步骤可以实现用一个DC/DC直流变换电路分时跟踪风力、光伏发电系统的输出功率，使风光互补发电系统工作在最大功率点。其结构简单，既降低了成本又能实现最大功率跟踪(MPPT)功能，保证系统稳定输出，达到资源最优化配置。

Claims (1)

1.基于几何平均数的风光互补发电系统MPPT控制方法，风力发电与光伏发电两个子系统共用一个DC/DC直流变换电路，其特征在于，其步骤为：
步骤1：在系统正常运行的情况下，采集风力发电系统的输出电流iw、光伏发电系统的输出电流is、二者并联后的输出电压E、系统中DC/DC直流变换电路的输出电压U0。检测风机的转速ω。根据采集到的风力和光伏发电系统的输出电压和输出电流计算输出功率变化量△Pw＝Pk-Pk-1、△Ps＝Pk-Pk-1,其中Pk、Pk-1表示第k秒和第k-1秒时的输出功率。计算风机的转速变化量△ω＝ωk-ωk-1,其中ωk、ωk-1表示第k秒和第k-1秒时的风机转速。计算输出电压的变化量△U0＝Uk-Uk-1,其中Uk、Uk-1表示第k秒和第k-1秒时系统中DC/DC直流变换电路的输出电压；
步骤2：由风力发电MPPT控制方法得到风力发电系统中DC/DC直流变换电路的电压占空比Dw[k]；同理，由光伏发电MPPT控制方法得到光伏发电系统中DC/DC直流变换电路的电压占空比Ds[k]；
步骤3：将步骤2计算所得值Dw[k]与Ds[k]输入占空比计算器中，用几何平均数计算得出Dw[k]与Ds[k]的几何平均值Dsw[k]：
<mrow> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>k</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msub> <mi>D</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>k</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> <msub> <mi>D</mi> <mi>w</mi> </msub> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>k</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> </msqrt> </mrow>
步骤4：用步骤3计算出的Dsw[k]对风光互补发电系统的输出电压进行调整。其中输出电压为：
<mrow> <msub> <mi>U</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>E</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>k</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中：U0表示系统中DC/DC直流变换电路的输出电压；E表示风力发电与光伏发电并联后的输出电压；Dsw[k]表示风力发电系统中DC/DC直流变换电路第k秒时的电压占空比Dw[k]与光伏发电系统中DC/DC直流变换电路第k秒时的电压占空比Ds[k]的几何平均值。
步骤5：检测并计算dPw/dω值的变化，若dPw/dω＝0，即风力发电系统达到最大功率；至此就能够完成对风力发电系统最大功率的跟踪；检测并计算dPs/dU0值的变化，若dPs/dU0＝0，即光伏发电系统达到最大功率，从而实现了用一个DC/DC直流变换电路同时跟踪风光互补发电系统的最大功率。
由以上步骤可以实现用一个DC/DC直流变换电路同时跟踪风力、光伏发电系统的输出功率，使风光互补发电系统工作在最大功率点。
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