CN117763829A - 基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法及系统 - Google Patents
基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117763829A CN117763829A CN202311776162.XA CN202311776162A CN117763829A CN 117763829 A CN117763829 A CN 117763829A CN 202311776162 A CN202311776162 A CN 202311776162A CN 117763829 A CN117763829 A CN 117763829A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- generator
- module
- duty ratio
- load
- dimensional
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 50
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 7
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 7
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法及系统，包括：步骤S1：对发电机和电路收集系统进行数学分析并搭建仿真模型；步骤S2：通过仿真模型得出发电机在不同转速和负载下的负载侧的输出功率最大值所对应的升压电路占空比；步骤S3：建立二维离线图表，构建离线查表MPPT算法；步骤S4：利用硬件装置实时测量发电机转速和负载，并利用查表法MPPT实现对装置的最大功率点跟踪；改进后的MPPT方法可以正确地跟踪波浪能发电装置的最大功率点，始终工作于最大功率输出状态。
Description
技术领域
本发明涉及波浪能发电领域，具体地，涉及一种基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法及系统。
背景技术
波浪能发电是一种新能源发电形式，波浪能功率密度大、可预测性好，发展潜力良好，如何实现波浪能的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)，是波浪能发电研究的关键技术。由于波浪的周期时变性，传统的在线MPPT技术无法准确实时地跟踪到最大功率点，需要一种离线MPPT技术来建立最佳功率点和工况的映射关系，从而实现准确高效快速的跟踪。
专利文献CN103729013A公开了一种跟踪光伏系统最大功率点的方法及设备，在该方法中，基于工作点和光伏系统生成的功率的变化改变光伏系统的工作点，其包括重复进行下列步骤：确定光伏系统的电流或电压；确定其功率；确定其功率相对于先前确定的功率的变化；通过取决于功率的变化以及电流基准或电压基准的先前变化的方向逐步改变电流基准或电压基准来改变光伏系统的工作点。还包括：与时间值一起存储光伏系统的电流或电压的确定值及所确定的功率，确定功率变化包括：从存储值中读取电流或电压值与当前电流或电压值相等的所确定的功率的先前值及其时间值；根据当前功率值、先前功率值、电流或电压值与当前电流或电压对应的功率的存储值以及功率的存储值的时间值来计算功率的变化。但该发明没有进行离线的最大功率跟踪，不能有效解决由于波浪能量输入波动剧烈造成的MPPT方法误判问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法及系统。
根据本发明提供的一种基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法，包括：
步骤S1：对发电机和电路收集系统进行数学分析并搭建仿真模型；
步骤S2：通过仿真模型得出发电机在不同转速和负载下的负载侧的输出功率最大值所对应的升压电路占空比；
步骤S3：建立二维离线图表，构建离线查表MPPT算法；
步骤S4：利用硬件装置实时测量发电机转速和负载，并利用查表法MPPT实现对装置的最大功率点跟踪。
优选地，在所述步骤S1中：
步骤S1.1：仿真装置模型由发电机、整流桥和升压电路组成，其中发电机为三相永磁同步电机，整流桥为三相转两相无源整流，升压电路采用双MOS管的BOOST电路；
在升压电路占空比D的作用下，将升压电路和负载整体等效为Res：
Res＝(1-D)2R
式中，R为升压电路末端电阻阻值，最优化目标为R上的功率；经过整流升压后，负载输出功率平均值为：
式中，M为三相电电压输出幅值，与发电机输入转速正相关，f为交流电压的输出频率，L为发电机电感；存在最优Res，当负载R为常数时，存在最优占空比D，使得Pout最大；
步骤S1.2：仿真过程的调节参数为升压电路的占空比，从0到1逐步增大；
步骤S1.3：采用Matlab、Simulink仿真模型进行仿真。
优选地，在所述步骤S2中：
步骤S2.1：根据仿真得到的升压电路连接的电阻的输出电流和电压值，两者相乘得到输出功率值；
步骤S2.2：在发电机的输入转速和升压电路外接电阻阻值确定的情况下，寻找最优占空比，使得以步骤S2.1计算得到的输出功率值最大；
步骤S2.3：建立不同输入转速或放大电路外接负载下的最优占空比二维图表。
优选地，在所述步骤S3中：
步骤S3.1：整流桥和升压电路均布置在开发板上，开发板的输入为发电机的三相电，其中升压电路的开关信号PWM脉冲利用TMS320F280049芯片进行控制；
步骤S3.2：查找离线二维图表的输入变量为发电机转速和负载电阻，输出变量为升压电路占空比；
步骤S3.3：二维图表为离散点的形式存储在芯片中，其余点通过线性插值法获取。
优选地，在所述步骤S4中：
步骤S4.1：发电机采用带有霍尔传感器，输出脉冲信号；
步骤S4.2：发电机转速通过STM32F103ZE读取，具体读取方式为通过ADC脉冲采样计数，根据发电机每转脉冲数进行转速换算；
步骤S4.3：负载电阻通过电路收集板的电流传感器和电压传感器，获取电流和电压数值，进行电阻阻值换算；
步骤S4.4：发电机的转速数值信号通过485通讯协议由STM32F103ZE传递至TMS320F280049；
步骤S4.5：TMS320F280049处理器获取到转速和负载信号后，查表进行最优占空比的计算，并生成相应的PWM开关信号，实现最大功率跟踪。
根据本发明提供的一种基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电系统，包括：
模块M1：对发电机和电路收集系统进行数学分析并搭建仿真模型；
模块M2：通过仿真模型得出发电机在不同转速和负载下的负载侧的输出功率最大值所对应的升压电路占空比；
模块M3：建立二维离线图表，构建离线查表MPPT算法；
模块M4：利用硬件装置实时测量发电机转速和负载，并利用查表法MPPT实现对装置的最大功率点跟踪。
优选地，在所述模块M1中：
模块M1.1：仿真装置模型由发电机、整流桥和升压电路组成，其中发电机为三相永磁同步电机，整流桥为三相转两相无源整流，升压电路采用双MOS管的BOOST电路；
在升压电路占空比D的作用下，将升压电路和负载整体等效为Res：
Res＝(1-D)2R
式中，R为升压电路末端电阻阻值，最优化目标为R上的功率；经过整流升压后，负载输出功率平均值为：
式中，M为三相电电压输出幅值，与发电机输入转速正相关，f为交流电压的输出频率，L为发电机电感；存在最优Res，当负载R为常数时，存在最优占空比D，使得Pout最大；
模块M1.2：仿真过程的调节参数为升压电路的占空比，从0到1逐步增大；
模块M1.3：采用Matlab、Simulink仿真模型进行仿真。
优选地，在所述模块M2中：
模块M2.1：根据仿真得到的升压电路连接的电阻的输出电流和电压值，两者相乘得到输出功率值；
模块M2.2：在发电机的输入转速和升压电路外接电阻阻值确定的情况下，寻找最优占空比，使得以模块M2.1计算得到的输出功率值最大；
模块M2.3：建立不同输入转速或放大电路外接负载下的最优占空比二维图表。
优选地，在所述模块M3中：
模块M3.1：整流桥和升压电路均布置在开发板上，开发板的输入为发电机的三相电，其中升压电路的开关信号PWM脉冲利用TMS320F280049芯片进行控制；
模块M3.2：查找离线二维图表的输入变量为发电机转速和负载电阻，输出变量为升压电路PWM脉冲占空比；
模块M3.3：二维图表为离散点的形式存储在芯片中，其余点通过线性插值法获取。
优选地，在所述模块M4中：
模块M4.1：发电机采用带有霍尔传感器，输出脉冲信号；
模块M4.2：发电机转速通过STM32F103ZE读取，具体读取方式为通过ADC脉冲采样计数，根据发电机每转脉冲数进行转速换算；
模块M4.3：负载电阻通过电路收集板的电流传感器和电压传感器，获取电流和电压数值，进行电阻阻值换算；
模块M4.4：发电机的转速数值信号通过485通讯协议由STM32F103ZE传递至TMS320F280049；
模块M4.5：TMS320F280049处理器获取到转速和负载信号后，查表进行最优占空比的计算，并生成相应的PWM开关信号，实现最大功率跟踪。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的基于二维离线查表法的MPPT波浪发电方法，通过实时获取发电机转速和外接负载来确定最优占空比的方法，进行离线的最大功率跟踪，能够有效解决由于波浪能量输入波动剧烈造成的MPPT方法误判问题，且不受波况的影响，在随机波浪激励下也有很好的表现；
2、改进后的MPPT方法可以正确地跟踪波浪能发电装置的最大功率点，始终工作于最大功率输出状态。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明离线查表MPPT方法的流程示意图；
图2为本发明的实施硬件构建示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
本发明提出一种针对于波浪能发电的离线查表MPPT算法。由于波浪能的不稳定和变化性，传统的控制算法的实时跟踪性差，该算法利用发电机和BOOST升压电路的原理特性，验证了在不同发电机转速下和负载下存在最大功率，并提出了一种查表法MPPT，建立了发电机输入转速、负载和升压电路PWM脉冲占空比的对应关系，通过实时获取发电机转速和升压电路负载，利用查表法和插值法，动态改变升压电路的PWM脉冲的占空比，从而达到最大功率跟踪目的。
根据本发明提供的一种基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法，如图1-图2所示，包括：
步骤S1：对发电机和电路收集系统进行数学分析并搭建仿真模型；
具体地，在所述步骤S1中：
步骤S1.1：仿真装置模型由发电机、整流桥和升压电路组成，其中发电机为三相永磁同步电机，整流桥为三相转两相无源整流，升压电路采用双MOS管的BOOST电路；
在升压电路占空比D的作用下，将升压电路和负载整体等效为Res：
Res＝(1-D)2R
式中，R为升压电路末端电阻阻值，最优化目标为R上的功率；经过整流升压后，负载输出功率平均值为：
式中，M为三相电电压输出幅值，与发电机输入转速正相关，f为交流电压的输出频率，L为发电机电感；存在最优Res，当负载R为常数时，存在最优占空比D，使得Pout最大；
步骤S1.2：仿真过程的调节参数为升压电路的占空比，从0到1逐步增大；
步骤S1.3：采用Matlab、Simulink仿真模型进行仿真。
步骤S2：通过仿真模型得出发电机在不同转速和负载下的负载侧的输出功率最大值所对应的升压电路占空比；
具体地，在所述步骤S2中：
步骤S2.1：根据仿真得到的升压电路连接的电阻的输出电流和电压值，两者相乘得到输出功率值；
步骤S2.2：在发电机的输入转速和升压电路外接电阻阻值确定的情况下，寻找最优占空比，使得以步骤S2.1计算得到的输出功率值最大；
步骤S2.3：建立不同输入转速或放大电路外接负载下的最优占空比二维图表。
步骤S3：建立二维离线图表，构建离线查表MPPT算法；
具体地，在所述步骤S3中：
步骤S3.1：整流桥和升压电路均布置在开发板上，开发板的输入为发电机的三相电，其中升压电路的开关信号PWM脉冲利用TMS320F280049芯片进行控制；
步骤S3.2：查找离线二维图表的输入变量为发电机转速和负载电阻，输出变量为升压电路占空比；
步骤S3.3：二维图表为离散点的形式存储在芯片中，其余点通过线性插值法获取。
步骤S4：利用硬件装置实时测量发电机转速和负载，并利用查表法MPPT实现对装置的最大功率点跟踪。
具体地，在所述步骤S4中：
步骤S4.1：发电机采用带有霍尔传感器，输出脉冲信号；
步骤S4.2：发电机转速通过STM32F103ZE读取，具体读取方式为通过ADC脉冲采样计数，根据发电机每转脉冲数进行转速换算；
步骤S4.3：负载电阻通过电路收集板的电流传感器和电压传感器，获取电流和电压数值，进行电阻阻值换算；
步骤S4.4：发电机的转速数值信号通过485通讯协议由STM32F103ZE传递至TMS320F280049；
步骤S4.5：TMS320F280049处理器获取到转速和负载信号后，查表进行最优占空比的计算，并生成相应的PWM开关信号，实现最大功率跟踪。
实施例2：
实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
本发明还提供一种基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电系统，所述基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电系统可以通过执行所述基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法的流程步骤予以实现，即本领域技术人员可以将所述基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法理解为所述基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电系统的优选实施方式。
根据本发明提供的一种基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电系统，包括：
模块M1：对发电机和电路收集系统进行数学分析并搭建仿真模型；
具体地，在所述模块M1中：
模块M1.1：仿真装置模型由发电机、整流桥和升压电路组成，其中发电机为三相永磁同步电机，整流桥为三相转两相无源整流，升压电路采用双MOS管的BOOST电路；
在升压电路占空比D的作用下，将升压电路和负载整体等效为Res：
Res＝(1-D)2R
式中，R为升压电路末端电阻阻值，最优化目标为R上的功率；经过整流升压后，负载输出功率平均值为：
式中，M为三相电电压输出幅值，与发电机输入转速正相关，f为交流电压的输出频率，L为发电机电感；存在最优Res，当负载R为常数时，存在最优占空比D，使得Pout最大；
模块M1.2：仿真过程的调节参数为升压电路的占空比，从0到1逐步增大；
模块M1.3：采用Matlab、Simulink仿真模型进行仿真。
模块M2：通过仿真模型得出发电机在不同转速和负载下的负载侧的输出功率最大值所对应的升压电路占空比；
具体地，在所述模块M2中：
模块M2.1：根据仿真得到的升压电路连接的电阻的输出电流和电压值，两者相乘得到输出功率值；
模块M2.2：在发电机的输入转速和升压电路外接电阻阻值确定的情况下，寻找最优占空比，使得以模块M2.1计算得到的输出功率值最大；
模块M2.3：建立不同输入转速或放大电路外接负载下的最优占空比二维图表。
模块M3：建立二维离线图表，构建离线查表MPPT算法；
具体地，在所述模块M3中：
模块M3.1：整流桥和升压电路均布置在开发板上，开发板的输入为发电机的三相电，其中升压电路的开关信号PWM脉冲利用TMS320F280049芯片进行控制；
模块M3.2：查找离线二维图表的输入变量为发电机转速和负载电阻，输出变量为升压电路占空比；
模块M3.3：二维图表为离散点的形式存储在芯片中，其余点通过线性插值法获取。
模块M4：利用硬件装置实时测量发电机转速和负载，并利用查表法MPPT实现对装置的最大功率点跟踪。
具体地，在所述模块M4中：
模块M4.1：发电机采用带有霍尔传感器，输出脉冲信号；
模块M4.2：发电机转速通过STM32F103ZE读取，具体读取方式为通过ADC脉冲采样计数，根据发电机每转脉冲数进行转速换算；
模块M4.3：负载电阻通过电路收集板的电流传感器和电压传感器，获取电流和电压数值，进行电阻阻值换算；
模块M4.4：发电机的转速数值信号通过485通讯协议由STM32F103ZE传递至TMS320F280049；
模块M4.5：TMS320F280049处理器获取到转速和负载信号后，查表进行最优占空比的计算，并生成相应的PWM开关信号，实现最大功率跟踪。
实施例3：
实施例3为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
提出的一种面向波浪能发电的离线查表法最大功率跟踪技术，其特征在于：
1、建立发电机和电路板的数学模型，并推导功率输出理论公式。
2、建立发电机转速、升压电路负载和最优占空比的离线映射关系图表。
3、通过监测发电机的转速和升压电路负载来动态改变占空比，以实现最大功率跟踪。
4、利用TMS320F280049芯片进行最大功率跟踪算法的实施和控制。
其中，权利要求1中，发电机为三相永磁同步发电机，电路板由三相整流桥，升压电路和负载组成。整流桥为三相转两相无源整流，升压电路采用双MOS管的BOOST电路。升压电路的控制信号PWM的占空比D通过TMS320F280049芯片调控。在占空比D的作用下，将升压电路整体等效为负载，负载阻值为：
Res＝(1-D)2R
式中，R为升压电路末端电阻阻值。最优化目标为R上的功率。经过整流升压后，负载输出功率平均值为：
式中，M为三相电电压输出幅值，与发电机输入转速正相关，f为交流电压的输出频率，L为发电机电感。根据公式可知，存在最优Res，即当负载R为常数时，存在最优占空比D，使得Pout最大。
权利要求2所涉及的发电机转速和最优负载的建立，通过Simulink仿真实现，具体实现方法为：搭建发电机、整流桥和升压电路仿真模型；发电机输入转速和负载为给定数值；由0至1动态调节升压电路的占空比，并记录输出功率；根据输出功率，找出最大功率点所对应的占空比数值，建立转速、负载和占空比对应关系；建立转速、负载和占空比离散图表，非实验数据点通过插值法计算获取。
权利要求3所涉及的发电机转速监测方法，通过霍尔传感器结合脉冲计数法测得。霍尔传感器在发电机的转动下发出脉冲信号，通过STM32F103ZE进行脉冲计数，可以得到发电机转速。
权利要求3所涉及的负载测量方法，通过TMS320F280049控制板内的电压采样数据和电流采样数据进行电阻阻值计算。发电机转速的数字信号通过485通讯的方式发送给TMS320F280049控制板，通过查表法得到当前最优占空比。
权利要求4所涉及的最大功率跟踪算法的实施和控制，包括将转速和最优占空比图表嵌入TMS320F280049核心板，获取发电机转速信号后，利用查表法和插值法确定最优占空比，并生成PWM波控制升压电路。实现最大功率跟踪。
一种应用于波浪能发电PTO系统的离线MPPT算法实施案例。PTO系统可以将波浪能转化为电能，PTO系统捕获波浪能量，通过机械传动装置驱动发电机发电。测定发电机的电压常数和内阻等参数，结合实际整流桥和升压电路的元器件参数，在Simulink中搭建发电机发电-整流桥-升压电路仿真模型。
结合实际波浪能发电装置的工作海况，根据装置动力学模型计算传递到发电机的转速范围。将转速以1rad/s进行分割，分别作为仿真模型中的转速输入。以恒定的升压电路负载为例，在每个恒定的输入转速下，从0-1调节升压电路占空比，记录仿真输出的负载功率数据。选取最大功率处所对应的占空比，作为当前转速激励下的最优占空比。改变转速，继续寻找最优占空比，建立离散的转速-占空比图表。
实际使用时，将离散的转速占空比图表陷入TMS320F280049芯片中，发电机需带有霍尔传感器，转速通过STM32F103ZE读取，具体读取方式为通过ADC脉冲采样计数，根据发电机每转脉冲数进行转速换算。计算的转速通过485通讯发送给TMS320F280049芯片，运算查表，找到最优占空比后，生成相应占空比的PWM波调控升压电路，同时也使系统达到最优负载，实现最大功率追踪。
对于非恒定升压电路负载的情况，可以改变负载，再次进行仿真，建立二维的离线图表，通过转速和负载两个变量来查询最优占空比。其中，负载可以通过TMS320F280049芯片读取能量收集板的电压采样和电流采样的数据计算。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法，其特征在于，包括：
步骤S1：对发电机和电路收集系统进行数学分析并搭建仿真模型；
步骤S2：通过仿真模型得出发电机在不同转速和负载下的负载侧的输出功率最大值所对应的升压电路占空比；
步骤S3：建立二维离线图表，构建离线查表MPPT算法；
步骤S4：利用硬件装置实时测量发电机转速和负载，并利用查表法MPPT实现对装置的最大功率点跟踪。
2.根据权利要求1所述的基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法，其特征在于，在所述步骤S1中：
步骤S1.1：仿真装置模型由发电机、整流桥和升压电路组成，其中发电机为三相永磁同步电机，整流桥为三相转两相无源整流，升压电路采用双MOS管的BOOST电路；
在升压电路占空比D的作用下，将升压电路和负载整体等效为Res：
Res＝(1-D)2R
式中，R为升压电路末端电阻阻值，最优化目标为R上的功率；经过整流升压后，负载输出功率平均值为：
式中，M为三相电电压输出幅值，与发电机输入转速正相关，f为交流电压的输出频率，L为发电机电感；存在最优Res，当负载R为常数时，存在最优占空比D，使得Pout最大；
步骤S1.2：仿真过程的调节参数为升压电路的占空比，从0到1逐步增大；
步骤S1.3：采用Matlab、Simulink仿真模型进行仿真。
3.根据权利要求1所述的基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法，其特征在于，在所述步骤S2中：
步骤S2.1：根据仿真得到的升压电路连接的电阻的输出电流和电压值，两者相乘得到输出功率值；
步骤S2.2：在发电机的输入转速和升压电路外接电阻阻值确定的情况下，寻找最优占空比，使得以步骤S2.1计算得到的输出功率值最大；
步骤S2.3：建立不同输入转速或放大电路外接负载下的最优占空比二维图表。
4.根据权利要求1所述的基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法，其特征在于，在所述步骤S3中：
步骤S3.1：整流桥和升压电路均布置在开发板上，开发板的输入为发电机的三相电，其中升压电路的开关信号PWM脉冲利用TMS320F280049芯片进行控制；
步骤S3.2：查找离线二维图表的输入变量为发电机转速和负载电阻，输出变量为升压电路占空比；
步骤S3.3：二维图表为离散点的形式存储在芯片中，其余点通过线性插值法获取。
5.根据权利要求1所述的基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法，其特征在于，在所述步骤S4中：
步骤S4.1：发电机采用带有霍尔传感器，输出脉冲信号；
步骤S4.2：发电机转速通过STM32F103ZE读取，具体读取方式为通过ADC脉冲采样计数，根据发电机每转脉冲数进行转速换算；
步骤S4.3：负载电阻通过电路收集板的电流传感器和电压传感器，获取电流和电压数值，进行电阻阻值换算；
步骤S4.4：发电机的转速数值信号通过485通讯协议由STM32F103ZE传递至TMS320F280049；
步骤S4.5：TMS320F280049处理器获取到转速和负载信号后，查表进行最优占空比的计算，并生成相应的PWM开关信号，实现最大功率跟踪。
6.一种基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电系统，其特征在于，包括：
模块M1：对发电机和电路收集系统进行数学分析并搭建仿真模型；
模块M2：通过仿真模型得出发电机在不同转速和负载下的负载侧的输出功率最大值所对应的升压电路占空比；
模块M3：建立二维离线图表，构建离线查表MPPT算法；
模块M4：利用硬件装置实时测量发电机转速和负载，并利用查表法MPPT实现对装置的最大功率点跟踪。
7.根据权利要求6所述的基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电系统，其特征在于，在所述模块M1中：
模块M1.1：仿真装置模型由发电机、整流桥和升压电路组成，其中发电机为三相永磁同步电机，整流桥为三相转两相无源整流，升压电路采用双MOS管的BOOST电路；
在升压电路占空比D的作用下，将升压电路和负载整体等效为Res：
Res＝(1-D)2R
式中，R为升压电路末端电阻阻值，最优化目标为R上的功率；经过整流升压后，负载输出功率平均值为：
式中，M为三相电电压输出幅值，与发电机输入转速正相关，f为交流电压的输出频率，L为发电机电感；存在最优Res，当负载R为常数时，存在最优占空比D，使得Pout最大；
模块M1.2：仿真过程的调节参数为升压电路的占空比，从0到1逐步增大；
模块M1.3：采用Matlab、Simulink仿真模型进行仿真。
8.根据权利要求6所述的基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电系统，其特征在于，在所述模块M2中：
模块M2.1：根据仿真得到的升压电路连接的电阻的输出电流和电压值，两者相乘得到输出功率值；
模块M2.2：在发电机的输入转速和升压电路外接电阻阻值确定的情况下，寻找最优占空比，使得以模块M2.1计算得到的输出功率值最大；
模块M2.3：建立不同输入转速或放大电路外接负载下的最优占空比二维图表。
9.根据权利要求6所述的基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电系统，其特征在于，在所述模块M3中：
模块M3.1：整流桥和升压电路均布置在开发板上，开发板的输入为发电机的三相电，其中升压电路的开关信号PWM脉冲利用TMS320F280049芯片进行控制；
模块M3.2：查找离线二维图表的输入变量为发电机转速和负载电阻，输出变量为升压电路占空比；
模块M3.3：二维图表为离散点的形式存储在芯片中，其余点通过线性插值法获取。
10.根据权利要求6所述的基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电系统，其特征在于，在所述模块M4中：
模块M4.1：发电机采用带有霍尔传感器，输出脉冲信号；
模块M4.2：发电机转速通过STM32F103ZE读取，具体读取方式为通过ADC脉冲采样计数，根据发电机每转脉冲数进行转速换算；
模块M4.3：负载电阻通过电路收集板的电流传感器和电压传感器，获取电流和电压数值，进行电阻阻值换算；
模块M4.4：发电机的转速数值信号通过485通讯协议由STM32F103ZE传递至TMS320F280049；
模块M4.5：TMS320F280049处理器获取到转速和负载信号后，查表进行最优占空比的计算，并生成相应的PWM开关信号，实现最大功率跟踪。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311776162.XA CN117763829A (zh) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | 基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311776162.XA CN117763829A (zh) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | 基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117763829A true CN117763829A (zh) | 2024-03-26 |
Family
ID=90319567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311776162.XA Pending CN117763829A (zh) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | 基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117763829A (zh) |
-
2023
- 2023-12-21 CN CN202311776162.XA patent/CN117763829A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107579514B (zh) | 一种用于海上平台的风光储直流电力系统及控制方法 | |
| CN101639038B (zh) | 一种基于fpga的风电系统最大功率跟踪控制器 | |
| CN101697423B (zh) | 光伏并网逆变系统中的一种非主动扰动最大功率跟踪方法 | |
| Ngo et al. | The maximum power point tracking based-control system for small-scale wind turbine using fuzzy logic | |
| Kusumawardana et al. | Simple MPPT based on maximum power with double integral sliding mode current control for vertical axis wind turbine | |
| Hui et al. | An adaptive approximation method for maximum power point tracking (MPPT) in wind energy systems | |
| Rashid et al. | Adaptive predictive controller design for nonlinear grid-connected PMSG based wind energy conversion system using dynamic matrices | |
| Verma et al. | PMSG based WECS with MPPT via modified P & O algorithm | |
| CN117763829A (zh) | 基于二维离线查表法最大功率跟踪波浪能发电方法及系统 | |
| CN103384079A (zh) | 中小直驱风力发电系统的最大功率跟踪方法及其跟踪电路 | |
| CN103899480A (zh) | 基于Boost类变换器的风力发电系统最大功率点跟踪方法 | |
| CN203883728U (zh) | 一种小型风力发电机最大功率跟踪装置 | |
| Mendi et al. | Design, analysis, and adaptive maximum power point tracking control of small‐scale wind turbine system | |
| Akbari et al. | Maximum Power Point Tracking-Based Control Strategy for PMSG Wind Energy Conversion System Using a Combined Fuzzy-Model Predictive Controller | |
| Babu et al. | Optimizing electrical generators of wind energy conversion system for efficient power extraction | |
| Fu et al. | MPPT control based fuzzy for wind energy generating system | |
| Badawi et al. | Maximum Power Point Tracking Controller Technique Using Permanent Magnet Synchronous Generator | |
| Joseph et al. | A variable duty cycle maximum power point tracking algorithm for wind energy conversion systems | |
| Shen et al. | dSpace based direct-driven permanent magnet synchronous wind power system modeling and simulation | |
| Qin et al. | Research on improving adaptive variable step length MPPT algorithm | |
| CN112448629A (zh) | 一种基于改进自抗扰神经控制器的无刷双馈风力发电系统 | |
| CN109327047A (zh) | 一种基于pcc的风电变流器控制系统的实现方法 | |
| Chao et al. | Global Maximum Power Point Tracking of Photovoltaic Module Arrays Based on an Improved Intelligent Bat Algorithm | |
| Badawi et al. | Robust Adaptive HCS MPPT Algorithm-Based Wind Generation System Using Power Prediction Mode | |
| Wen et al. | Maximum power point tracking for tidal turbine generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |