本实用新型专利技术提供的基于风速测量与估计的风电系统MPPT控制装置，风电系统包括永磁直驱风力发电机、整流器、第一电容、第二电容和负载，MPPT控制装置包括MPPT控制器、风速传感器、温度传感器、气压传感器、转速传感器、电压传感器、电流传感器、DC‑DC变换器和驱动模块。本实用新型专利技术对风速估计信号与地面风速测量信号进行融合，可有效提高寻找最大功率点的速度和准确度，降低扰动过程中的功率损失。
【技术实现步骤摘要】
基于风速测量与估计的风电系统MPPT控制装置
本技术涉及风力发电
，更为具体地，涉及一种基于风速测量与估计的风电系统MPPT控制装置。
技术介绍
风力发电因其蕴藏量大、清洁可再生等特性，已成为当前新能源发电的主要方向之一。与双馈型风机相比，永磁直驱型风机具有无需变速箱、能耗少、维护成本低、更能适应低风速等优点。风力发电系统的输出功率与外界环境以及负载有关，在一定的外界环境下，存在唯一的最大功率点。为了提高风电系统的发电效率，需要为风电系统配备最大功率跟踪(MaximumPowerPointTracking，简称MPPT)控制装置，并实施有效的MPPT控制方法。风力发电系统的最大功率跟踪方法有很多，比如叶尖速比法，爬山搜索法，功率反馈法等。叶尖速比法：在已知有效风速的条件下，通过调节风机转速，使叶尖速比保持最佳值，即可以实现最大功率跟踪。此方法的优点为思路简单，难点在于有效风速的获取。有效风速为整个风轮面积上的风速有效值，而风速传感器只能对某一点的风速进行测量，且装设较为困难，因此，有效风速的准确测量十分不易，从而导致该方法的实用性受限。针对有效风速难以准确测量的问题，业界提出了基于风速估计的研究思路：首先测量风机转速与功率信息，再依据风力机的功率特性建立风速方程，进而求解出风速。该类方法的缺陷在于：一是风速方程为非线性方程，直接对其求解较为困难，不易于硬件实现；二是忽略了空气密度对风力机的功率特性影响，由于在不同的气温、气压条件下，空气密度不同，造成求解出的风速与真实有效风速的误差较大，从而影响了最大功率跟踪的准确性。爬山搜索法：对风机转速或者占空比的控制指令值以一定的步长进行扰动，然后观察风机的功率变化。如果功率增加，那么风机转速或者占空比控制指令的扰动方向不变；如果功率减小，则将风机转速或者占空比控制指令的扰动反向。爬山搜索法的优点在于不需要进行风速测量，难点在于扰动周期以及扰动步长的选择。另外，当风机容量较大时，由于系统存在惯性，扰动并不能得到及时的功率响应，致使爬山搜索法的实际控制效果并不理想。功率反馈法：此方法是通过转速传感器测量出风机的转速，利用发电机电磁转矩直接控制发电机的有功功率来跟踪已知的最佳转速-功率特性曲线，从而实现系统的最大功率跟踪控制。该方法的难度在于获取风机的最佳转速-功率曲线，需要大量的实验和分析，过程颇为繁杂。综上所述，现有的风电系统的最大功率跟踪控制方法均存在一定的缺陷，限制了风电系统的最大功率捕获，因此有必要加以改进。
技术实现思路
鉴于上述
技术介绍
所存在的问题，本技术提供一种基于风速测量与估计的风电系统MPPT控制装置。本技术提供的基于风速测量与估计的风电系统MPPT控制装置，风电系统包括永磁直驱风力发电机、整流器、第一电容、第二电容和负载，MPPT控制装置包括MPPT控制器、风速传感器、温度传感器、气压传感器、转速传感器、电压传感器、电流传感器、DC-DC变换器和驱动模块，其中，负载的一端与第二电容的正极连接，另一端接地，而第二电容的负极接地；整流器的三相输入端与永磁直驱风力发电机的三相输出端连接，整流器的单相输出正端与第一电容的正极连接，整流器的单相输出负端与第一电容的负极连接；电压传感器的待测电压输入正端与第一电容的正极连接，电压传感器的待测电压输出入负端与第一电容的负极连接；电压传感器的测量信号输出端与MPPT控制器连接；电流传感器的待测电流输入端与第一电容的正极连接，电流传感器的待测电流输出端与DC-DC变换器的输入正端连接；电流传感器的测量信号输出端与MPPT控制器连接；DC-DC变换器的输入负端与第一电容的负极连接，DC-DC变换器的输出正端与第二电容的正极连接，DC-DC变换器的输出负端接地，DC-DC变换器的脉宽调制信号输入端与驱动模块的一端连接；驱动模块的另一端与MPPT控制器连接；转速传感器的两个输入端与永磁直驱风力发电机的三相输出端中的其中两端连接，转速传感器的测量信号输出端与MPPT控制器连接；风速传感器的测量信号输出端与MPPT控制器连接；温度传感器的测量信号输出端与MPPT控制器连接；气压传感器测量信号输出端与MPPT控制器连接。本技术能够取得以下技术效果：1、对风速估计信号与风速测量信号进行融合作为最终的风速信号，提高其可靠性；2、当外界环境发生变化时，借助于最佳叶尖速比法可以直接将工作转速调节至最佳风机转速的附近，避免了传统爬山搜索法逐步试探的过程，具有跟踪速度快的优点，从而提高了风机的发电效率。附图说明通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本技术的更全面理解，本技术的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：图1为根据本技术实施例的所采用的硬件结构图；图2为根据本技术实施例的径向基神经网络风速估计模型的结构示意图；图3为根据本技术实施例的遗传算法优化径向基神经网络的流程图；图4为风速为7m/s时传统占空比爬山搜索法的跟踪过程示意图；图5为风速为7m/s时所提控制方法的跟踪过程示意图；图6为变风速工况下所提控制方法的跟踪过程示意图。在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。其中的附图标记包括：永磁直驱风力发电机1、整流器2、第一电容3、第二电容4、负载5、MPPT控制器6、风速传感器7、温度传感器8、气压传感器9、转速传感器10、电压传感器11、电流传感器12、DC-DC变换器13、驱动模块14。附图中和文本中各符号的意义为：Vm为风速信号，ωr为永磁直驱风力发电机的转速(以下简称风机转速)，Pm为永磁直驱风力发电机的机械功率(简称为风机机械功率)，R为风轮半径，ρ为空气密度，Cp为风能利用系数，λ为叶尖速比，Vz为直流电压，Iz为直流电流，Vm1为径向基神经网络风速估计值，ωref为风机转速预测值；ci为径向基神经网络隐含层第i个神经元基函数的数据中心，δi为径向基神经网络隐含层第i个神经元基函数的扩展常数，wi为径向基神经网络隐含层第i个神经元到输出层的权值，φi(x)为隐含层基函数。具体实施方式在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。以下将结合附图对本技术的具体实施例进行详细描述。如图1所示，本技术实施例提供一种基于风速测量与估计的风电系统MPPT控制装置，其中，风电系统包括：永磁直驱风力发电机1、整流器2、第一电容3、第二电容4和负载5；MPPT控制装置包括：MPPT控制器6、风速传感器7、温度传感器8、气压传感器9、转速传感器10、电压传感器11、电流传感器12、DC-DC变换器13和驱动模块14。负载5的一端与第二电容4的正极连接，负载5的另一端接地；整流器2的三相输入端与永磁直驱风力发电机1的三相输出端连接，整流器2的单相输出正端与第一电容3的正极连接，整流器2的单相输出负端与第一电容3的负极连接；电压传感器11的待测电压输入正端与第一电容3的正极连接，电压传感器11的待测电压输出入负端与第一电容3的负极连接；电压传感器11的测量信号输本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于风速测量与估计的风电系统MPPT控制装置，风电系统包括永磁直驱风力发电机(1)、整流器(2)、第一电容(3)、第二电容(4)和负载(5)，其特征在于，所述MPPT控制装置包括MPPT控制器(6)、风速传感器(7)、温度传感器(8)、气压传感器(9)、转速传感器(10)、电压传感器(11)、电流传感器(12)、DC‑DC变换器(13)和驱动模块(14)；其中，所述负载(5)的一端与第二电容(4)的正极连接，另一端接地；所述整流器(2)的三相输入端与所述永磁直驱风力发电机(1)的三相输出端连接，所述整流器(2)的单相输出正端与所述第一电容(3)的正极连接，所述整流器(2)的单相输出负端与所述第一电容(3)的负极连接；所述电压传感器(11)的待测电压输入正端与所述第一电容(3)的正极连接，所述电压传感器(11)的待测电压输出入负端与所述第一电容(3)的负极连接；所述电压传感器(11)的测量信号输出端与所述MPPT控制器(6)连接；所述电流传感器(12)的待测电流输入端与所述第一电容(3)的正极连接，所述电流传感器(12)的待测电流输出端与所述DC‑DC变换器(13)的输入正端连接；所述电流传感器(12)的测量信号输出端与所述MPPT控制器(6)连接；所述DC‑DC变换器(13)的输入负端与所述第一电容(3)的负极连接，所述DC‑DC变换器(13)的输出正端与所述第二电容(4)的正极连接，所述第二电容(4)的负极接地，所述DC‑DC变换器(13)的输出负端接地，所述DC‑DC变换器(13)的脉宽调制信号输入端与所述驱动模块(14)的一端连接；所述驱动模块(14)的另一端与所述MPPT控制器(6)连接；所述转速传感器(10)的两个输入端与所述永磁直驱风力发电机(1)的三相输出端中的其中两端连接，所述转速传感器(10)的测量信号输出端与所述MPPT控制器(6)连接；所述风速传感器(7)的测量信号输出端与所述MPPT控制器(6)连接；所述温度传感器(8)的测量信号输出端与所述MPPT控制器(6)连接；所述气压传感器(9)的测量信号输出端与所述MPPT控制器(6)连接。...
【技术特征摘要】
1.一种基于风速测量与估计的风电系统MPPT控制装置，风电系统包括永磁直驱风力发电机(1)、整流器(2)、第一电容(3)、第二电容(4)和负载(5)，其特征在于，所述MPPT控制装置包括MPPT控制器(6)、风速传感器(7)、温度传感器(8)、气压传感器(9)、转速传感器(10)、电压传感器(11)、电流传感器(12)、DC-DC变换器(13)和驱动模块(14)；其中，所述负载(5)的一端与第二电容(4)的正极连接，另一端接地；所述整流器(2)的三相输入端与所述永磁直驱风力发电机(1)的三相输出端连接，所述整流器(2)的单相输出正端与所述第一电容(3)的正极连接，所述整流器(2)的单相输出负端与所述第一电容(3)的负极连接；所述电压传感器(11)的待测电压输入正端与所述第一电容(3)的正极连接，所述电压传感器(11)的待测电压输出入负端与所述第一电容(3)的负极连接；所述电压传感器(11)的测量信号输出端与所述MPPT控制器(6)连接；所述电流传感器(12)的待测电流输入端与所述第一电...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄海燕，吕建波，黄力哲，葛建宏，刘长良，刘卫亮，郭辰，冯笑丹，楼鹏康，
申请(专利权)人：华能新能源股份有限公司辽宁分公司，华能新能源股份有限公司，华北电力大学保定，华能集团技术创新中心，
类型：新型
国别省市：辽宁,21
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