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2.6.4 改进的爬山搜寻控制

1.变步长最大功率点跟踪控制

爬山搜寻控制采用固定的速度步长时会导致发电机转速产生波动,风速快速变化时发电机转速跟踪较慢。为了得到稳定的功率点跟踪,可采用变步长最大功率点跟踪控制法。最大功率跟踪控制的转速步长由下式给定:

式中, K MPPT 为转速步长调节系数; P w 为风轮机输出功率。考虑到发电机的机械时间恒定,为了避免发电机转速振动,转速步长的变化不能太大。

2.三点比较法

三点比较法也是爬山搜寻控制的一种改进方法,它基于风轮机输出功率与转速的关系曲线,在某一特定风速的曲线上取3个不同点的输出功率进行比较,然后根据比较结果调节发电机的转速,从而达到实现最大功率跟踪控制的目的。该方法控制简单,容易实现,且避免了在最大功率点附近振动造成的功率损失。当系统保持在最大功率点时,转速指令不进行任何调整,当外部环境发生变化时再进行转速调整。该方法的缺点是风速的随机性会给系统的取点带来误差,甚至引起误操作,所以当风轮的惯性较小时,控制效果相对来说较好,否则较差。

3.基于模糊逻辑的最大功率点跟踪控制

基于模糊逻辑的最大功率点跟踪控制实际上也是爬山搜寻控制的一种,它是利用智能控制的方法来改变转速步长的一种搜寻控制。模糊逻辑系统如图2.16所示,由最优转速模糊逻辑控制器FLC给出发电机转速参考。当风轮转速变化时,忽略轴系机械损耗变化量Δ P m ,当前某时刻发电机转速增量Δ ω g n -1)为正时,发电机定、转子总有功增量Δ P e 也为正,说明工作点正在靠近功率极值点,则新的转速参考增量Δ ω g n )继续保持原来的方向;如果Δ P e 为负,则说明工作点正在偏离功率极值点,这时新的转速参考增量Δ ω g n )为负,则需反方向搜索。

图2.16 模糊逻辑系统

4.其他特殊爬山搜寻控制

还有一种特殊的爬山搜寻法是占空比扰动观察法。它实际上是通过调整PWM信号占空比来调节功率变换器中斩波器的输入电阻,以实现发电机输入、输出特性和负载阻抗匹配,让发电机运行在最佳工作点,从而实现最大功率输出的目标。

正弦小信号扰动法又是一种特殊的占空比扰动观察法。它是在系统中注入随时间变化的小幅正弦波信号,将其和控制器输出信号进行重叠,从而得到斩波器占空比控制信号的方法。 0JyHz5EOgkFDXadQT4Jg4Xpqa+imOjD89Gif9nUc2IpfD7lY+bCLkFw3F1QR1uOA

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