本发明专利技术提供了一种基于改进的模糊逻辑控制算法对风能最大功率的跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用PSIM仿真风能转换系统的电源电路，同时利用Matlab/Simulink仿真风能转换系统的整个控制系统，PSIM和Matlab/Simulink之间的互相联络；步骤2、通过改进的算法建立风力涡轮机模型和永磁同步发电机模型；步骤3、对发电机侧变流器和电网侧变流器的控制，其中，发电机侧控制器通过控制电磁转矩来控制发电机转速产生最大输出功率，同时控制电网侧变流器的功率流使直流电压保持在参考值。通过改进的模糊逻辑控制算法控制风轮机的转速等于最优转速就能实现风力发电最大功率跟踪。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于改进的模糊逻辑控制风能最大功率跟踪技术，属于风力发电领域，提出了一种在变化风速下最大功率的参考速度跟踪的控制方法，在风能转换系统中通过PSIM和Simulink协同仿真得到最大转换效率。
技术介绍
风能因其与其他常规能源相比成本较低，而成为在用于发电中最有前景的可再生能源之一，如何在风力发电中获得最大功率是需要关注的问题。。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种控制风能最大功率的跟踪方法。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种基于改进的模糊逻辑控制算法对风能最大功率的跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用PSIM仿真风能转换系统的电源电路，同时利用Matlab/Simulink仿真风能转换系统的整个控制系统，PSIM和Matlab/Simulink之间的互相联络；步骤2、通过改进的算法建立风力涡轮机模型和永磁同步发电机模型，其中，风力涡轮机模型的建立包括如下步骤：由风力涡轮机产生的机械功率Pm表示为：式中，ρ为空气密度，A为转子叶片扫过的面积，u为风速，Cp(λ，β)为风力涡轮的功率因素，其求解公式为：CP(λ,β)=0.5176(116*1λ1-0.4β-5)e-21/λi+0.0068λ,]]>式中，β为叶片桨距角，λ为叶尖速比，式中，R为涡轮机叶片扫过区域的半径，ωm为风力涡轮机的转速，当u一定时，当ωm达到ωopt时，ωopt为最优转速，风力涡轮机产生的机械功率Pm达到最大值，ωopt对应最优叶尖速比λopt，为了得到可变风速下的最大功率，控制风力涡轮机的转速ωm等于最优转速ωopt，使得风力涡轮机在最优叶尖速比λopt处工作；永磁同步发电机模型的建立包括如下步骤：通过以下电压方程在转子的参考轴建模：vsd=Rsisd+dλsddt-ωrλsq]]>式中，Rs为电机定子相绕组电阻，ωr为电动角速度，isd为直轴电流，isq在转子的参考轴表示为定子电流空间矢量的正交轴分量，λsd和λsq分别是指在转子的竖轴和横轴中的定子磁链：λsd=Lsisd+ψFλsq=Lsisq,]]>式中，Ls为永磁同步发电机的定子电感，ψF为永磁的磁通量，则永磁同步发电机的电机转矩Te表示为：式中，P是极对数，保持isd＝0，则有Te=32PψFisq=Kcisq;]]>步骤3、对发电机侧变流器和电网侧变流器的控制，其中，发电机侧控制器通过控制电磁转矩来控制发电机转速产生最大输出功率，同时控制电网侧变流器的功率流使直流电压保持在参考值。优选地，在所述步骤1中，在所述PSIM中，风能转换系统的模拟通过双向的双脉宽调制变流器PWM以背靠背的方式使风力涡轮机与公用电网相连。优选地，在所述步骤1中，在所述Matlab/Simulink中，整个系统的控制包含有发电机侧控制器和电网侧控制器。本专利技术提出了一种改进的模糊逻辑控制算法，由于风速一定的情况下，当转速达到最优时，功率最大，同时该速度对应于最优叶尖速比。因此，在风速可变时，为得到最大功率，涡轮机应一直在最优叶尖速比状态下运行。通过改进的模糊逻辑控制算法控制风轮机的转速等于最优转速就能实现风力发电最大功率跟踪。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并作详细说明如下。本专利技术提供了一种基于改进的模糊逻辑控制算法对风能最大功率的跟踪方法，包括以下步骤：步骤1、利用PSIM仿真风能转换系统的电源电路，同时利用Matlab/Simulink仿真风能转换系统的整个控制系统，PSIM和Matlab/Simulink之间的互相联络。在PSIM中，风能转换系统的模拟通过双向的双脉宽调制变流器PWM以背靠背的方式使风力涡轮机与公用电网相连。在Matlab/Simulink中，整个系统的控制包含有发电机侧控制器和电网侧控制器。步骤2、通过改进的算法建立风力涡轮机模型和永磁同步发电机模型，其中，风力涡轮机模型的建立包括如下步骤：由风力涡轮机产生的机械功率Pm表示为：式中，ρ为空气密度(通常为1.225kg/m3)，A为转子叶片扫过的面积(平方米)，u为风速，Cp(λ，β)为风力涡轮的功率因素，其求解公式为：CP(λ,β)=0.5176(116*1λ1-0.4β-5)e-21/λi+0.0068λ,]]>式中，β为叶片桨距角，λ为叶尖速比，式中，R为涡轮机叶片扫过区域的半径，ωm为风力涡轮机的转速，当u一定时，当ωm达到ωopt时，ωopt为最优转速，风力涡轮机产生的机械功率Pm达到最大值，ωopt对应最优叶尖速比λopt，为了得到可变风速下的最大功率，控制风力涡轮机的转速ωm等于最优转速ωopt，使得风力涡轮机在最优叶尖速比λopt处工作；永磁同步发电机模型的建立包括如下步骤：通过以下电压方程在转子的参考轴建模：vsd=Rsisd+dλsddt-ωrλsq]]>式中，Rs为电机定子相绕组电阻，ωr为电动角速度，isd为直轴电流，isq在转子的参考轴表示为定子电流空间矢量的正交轴分量，λsd和λsq分别是指在转子的竖轴和横轴中的定子磁链：λsd=Lsisd+ψFλsq=Lsisq,]]>式中，Ls为永磁同步发电机的定子电感，ψF为永磁的磁通量，则永磁同步发电机的电机转矩Te表示为：式中，P是极对数，保持isd＝0，则有Te=32PψFisq=Kcisq;]]>步骤3、对发电机侧变流器和电网侧变流器的控制，其中，发电机侧控制器通过控制电磁转矩来控制发电机转速产生最大输出功率，同时控制电网侧变流器的功率流使直流电压保持在参考值。本专利技术专利提出了一种改进的最大功率点跟踪控制算法，发电机侧控制器使用该算法通过控制涡轮机转速进而跟踪最大功率。永磁同步发电机使用该算法通过间接矢量磁场定向控制技术得到速度参考值。模糊控制算法不需要系统的任何详细的数学模型，它的操作只是由一组规则简单地约束。模糊控制算法的原则是改变参考角速度并观察功率的相应变化，如果输出功率在上一个速度增量上增加了，那么搜索过程继续朝着同一个方向。另一方面，如果速度增量使输出功率降低，那么搜索方向相反。改进后的模糊控制算法可以有效跟踪最大功率点，尤其是在风能状态频繁变化的情况下。首先，最优转速ωopt和风速u之间的关系如下：ωopt=λoptRu]]>从等式中看出，ωopt和u之间是线性关系，可以得到在可变风速下最大功率点的转速参考值。改进的模糊逻辑控制算法可以使发电机的转速不断适应风速的变化，从而涡轮机在最佳效率下工作。该算法操作简单，适应性强，响应速度快，工作范围广本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于改进的模糊逻辑控制算法对风能最大功率的跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用PSIM仿真风能转换系统的电源电路，同时利用Matlab/Simulink仿真风能转换系统的整个控制系统，PSIM和Matlab/Simulink之间的互相联络；步骤2、通过改进的算法建立风力涡轮机模型和永磁同步发电机模型，其中，风力涡轮机模型的建立包括如下步骤：由风力涡轮机产生的机械功率Pm表示为：式中，ρ为空气密度，A为转子叶片扫过的面积，u为风速，Cp(λ，β)为风力涡轮的功率因素，其求解公式为：CP(λ,β)=0.5176(116*1λi-0.4β-5)e_21/λi+0.0068λ,]]>式中，β为叶片桨距角，1/λi=1λ+0.08β-0.0351+β3,]]>λ为叶尖速比，λ=ωmRu,]]>式中，R为涡轮机叶片扫过区域的半径，ωm为风力涡轮机的转速，当u一定时，当ωm达到ωopt时，ωopt为最优转速，风力涡轮机产生的机械功率Pm达到最大值，ωopt对应最优叶尖速比λopt，为了得到可变风速下的最大功率，控制风力涡轮机的转速ωm等于最优转速ωopt，使得风力涡轮机在最优叶尖速比λopt处工作；永磁同步发电机模型的建立包括如下步骤：通过以下电压方程在转子的参考轴建模：vsd=Rsisd+dλsddt-ωrλsq]]>式中，Rs为电机定子相绕组电阻，ωr为电动角速度，isd为直轴电流，isq在转子的参考轴表示为定子电流空间矢量的正交轴分量，λsd和λsq分别是指在转子的竖轴和横轴中的定子磁链：λsd=Lsisq+ψFλsq=Lsisq,]]>式中，Ls为永磁同步发电机的定子电感，ψF为永磁的磁通量，则永磁同步发电机的电机转矩Te表示为：式中，P是极对数，保持isd＝0，则有步骤3、对发电机侧变流器和电网侧变流器的控制，其中，发电机侧控制器通过控制电磁转矩来控制发电机转速产生最大输出功率，同时控制电网侧变流器的功率流使直流电压保持在参考值。...
【技术特征摘要】
1.一种基于改进的模糊逻辑控制算法对风能最大功率的跟踪方法，其特征在
于，包括以下步骤：
步骤1、利用PSIM仿真风能转换系统的电源电路，同时利用Matlab/Simulink
仿真风能转换系统的整个控制系统，PSIM和Matlab/Simulink之间的互相联络；
步骤2、通过改进的算法建立风力涡轮机模型和永磁同步发电机模型，其中，
风力涡轮机模型的建立包括如下步骤：
由风力涡轮机产生的机械功率Pm表示为：式中，ρ为
空气密度，A为转子叶片扫过的面积，u为风速，Cp(λ，β)为风力涡轮的功率因
素，其求解公式为：
CP(λ,β)=0.5176(116*1λi-0.4β-5)e_21/λi+0.0068λ,]]>式中，β为叶片桨距角，
1/λi=1λ+0.08β-0.0351+β3,]]>λ为叶尖速比，λ=ωmRu,]]>式中，R为涡轮机叶片扫过
区域的半径，ωm为风力涡轮机的转速，当u一定时，当ωm达到ωopt时，ωopt为最
优转速，风力涡轮机产生的机械功率Pm达到最大值，ωopt对应最优叶尖速比λopt，
为了得到可变风速下的最大功率，控制风力涡轮机的转速ωm等于最优转速ωopt，
使得风力涡轮机在最优叶尖速比λopt处工作；
【专利技术属性】
技术研发人员：罗艺娜，朱凌云，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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