技術(shù)特征：

1.一種基于風(fēng)速測量與估計的風(fēng)電系統(tǒng)MPPT控制裝置及方法，風(fēng)電系統(tǒng)包括永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(1)、整流器(2)、第一電容(3)、第二電容(4)和負(fù)載(5)，其特征在于，所述MPPT控制裝置包括MPPT控制器(6)、風(fēng)速傳感器(7)、溫度傳感器(8)、氣壓傳感器(9)、轉(zhuǎn)速傳感器(10)、電壓傳感器(11)、電流傳感器(12)、DC-DC變換器(13)和驅(qū)動模塊(14)；其中，所述負(fù)載(5)的一端與第二電容(4)的正極連接，另一端接地；所述整流器(2)的三相輸入端與所述永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(1)的三相輸出端連接，所述整流器(2)的單相輸出正端與所述第一電容(3)的正極連接，所述整流器(2)的單相輸出負(fù)端與所述第一電容(3)的負(fù)極連接；所述電壓傳感器(11)的待測電壓輸入正端與所述第一電容(3)的正極連接，所述電壓傳感器(11)的待測電壓輸出入負(fù)端與所述第一電容(3)的負(fù)極連接；所述電壓傳感器(11)的測量信號輸出端與所述MPPT控制器(6)連接；所述電流傳感器(12)的待測電流輸入端與所述第一電容(3)的正極連接，所述電流傳感器(12)的待測電流輸出端與所述DC-DC變換器(13)的輸入正端連接；所述電流傳感器(12)的測量信號輸出端與所述MPPT控制器(6)連接；所述DC-DC變換器(13)的輸入負(fù)端與所述第一電容(3)的負(fù)極連接，所述DC-DC變換器(13)的輸出正端與所述第二電容(4)的正極連接，所述第二電容(4)的負(fù)極接地，所述DC-DC變換器(13)的輸出負(fù)端接地，所述DC-DC變換器(13)的脈寬調(diào)制信號輸入端與所述驅(qū)動模塊(14)的一端連接；所述驅(qū)動模塊(14)的另一端與所述MPPT控制器(6)連接；所述轉(zhuǎn)速傳感器(10)的兩個輸入端與所述永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(1)的三相輸出端中的其中兩端連接，所述轉(zhuǎn)速傳感器(10)的測量信號輸出端與所述MPPT控制器(6)連接；所述風(fēng)速傳感器(7)的測量信號輸出端與所述MPPT控制器(6)連接；所述溫度傳感器(8)的測量信號輸出端與所述MPPT控制器(6)連接；所述氣壓傳感器(9)的測量信號輸出端與所述MPPT控制器(6)連接。

2.一種基于風(fēng)速測量與估計的風(fēng)電系統(tǒng)MPPT控制方法，其工作步驟為：

步驟1：通過風(fēng)速傳感器(7)采集地面某一高度Z₀處的風(fēng)速信號V₀，并按照以下公式計算風(fēng)機輪轂高度Z_m處的風(fēng)速信號V_m：

$V_m=V_0{\left(\frac{Z_m}{Z_0}\right)}^{\mathrm{\α}}$

其中，α為風(fēng)切變指數(shù)；

步驟2：分別利用電壓傳感器(11)、電流傳感器(12)采集風(fēng)電系統(tǒng)中整流器(2)輸出的直流電壓V_z與直流電流I_z，利用轉(zhuǎn)速傳感器(10)采集風(fēng)機轉(zhuǎn)速ω_r，計算出此刻的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(1)的輸出機械功率P_m為：

$P_m={\mathrm{J\ω}}_r\frac{{\mathrm{d\ω}}_r}{dt}+V_z\·I_z;$

步驟3：通過溫度傳感器(8)采集空氣溫度T，氣壓傳感器(9)采集大氣壓力p，并將風(fēng)機轉(zhuǎn)速ω_r、機械功率P_m同空氣溫度T、大氣壓力p輸入遺傳-徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)速估計模型，遺傳-徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)速估計模型輸出的是風(fēng)速的估計值V_m1；

步驟4：將風(fēng)速的估計值V_m1與風(fēng)速信號V_m按照以下方式進(jìn)行融合，得出融合后的風(fēng)速估計信號為：

V_mr＝w*V_m1+(1-w)*V_m

其中，w為融合系數(shù)；

步驟5：利用最佳葉尖速比法，計算出有效風(fēng)速的估計值V_mr所對應(yīng)的最佳風(fēng)機轉(zhuǎn)速預(yù)測值ω_ref：

${\mathrm{\ω}}_{ref}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{opt}\·V_{mr}}{R}$

其中，λ_opt為最佳葉尖速比，R為葉輪半徑；

步驟6：通過比例積分控制方法調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速ω_r，使之達(dá)到最佳風(fēng)機轉(zhuǎn)速預(yù)測值ω_ref；然后以ω_ref為初始值，采用占空比爬山搜索法以設(shè)定的擾動步長Δd跟蹤風(fēng)機的最大功率；

步驟7：若占空比爬山搜索法求得的擾動前后的功率差值大于等于設(shè)定閾值T_r，說明風(fēng)速發(fā)生了突變，重復(fù)步驟1至步驟7；否則，繼續(xù)采用占空比爬山搜索法以設(shè)定的擾動步長Δd跟蹤風(fēng)機的最大功率。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于風(fēng)速測量與估計的風(fēng)電系統(tǒng)MPPT控制方法，其特征在于所述遺傳-徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)速估計模型的建立過程如下：

步驟S1：采集風(fēng)速-轉(zhuǎn)速-氣壓-溫度-功率訓(xùn)練樣本，針對不同空氣溫度T與大氣壓力p，查閱空氣在不同壓力和溫度下的密度表獲取空氣密度ρ，令風(fēng)速信號V_w與轉(zhuǎn)速信號ω_r分別在一定范圍內(nèi)變化，并按照如下公式獲取風(fēng)機的機械功率輸出信號P_m：

$P_m=\frac{1}{2}{C}_p{\mathrm{\ρ\πR}}^2{V_w}^3---\left(1\right)$

$C_P=0.22(\frac{116}{{\mathrm{\λ}}_1}-0.4-5)e^{\frac{-12.5}{{\mathrm{\λ}}_1}}---\left(2\right)$

$\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_1}=\frac{1}{\mathrm{\λ}+0.08}-0.0175---\left(3\right)$

其中：R為風(fēng)輪半徑，C_p為風(fēng)能利用系數(shù)，ρ為空氣密度，λ為葉尖速比，通過構(gòu)造大量風(fēng)速-轉(zhuǎn)速-氣壓-溫度-功率樣本，形成訓(xùn)練樣本集{(V_w，ω_r，T，p，P_m)}；

步驟S2：建立遺傳-徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)速估計模型，輸入層為4個神經(jīng)元，隱含層為10個神經(jīng)元，輸出層為1個神經(jīng)元，其中，輸入層的第一個神經(jīng)元對應(yīng)輸入為轉(zhuǎn)速ω_r，輸入層的第二個神經(jīng)元對應(yīng)輸入為溫度T，輸入層的第三個神經(jīng)元對應(yīng)輸入為氣壓p，輸入層的第四個神經(jīng)元對應(yīng)輸入為風(fēng)機機械功率P_m，輸出層神經(jīng)元對應(yīng)輸出為風(fēng)速V_w，隱含層的基函數(shù)選擇為高斯函數(shù)；

步驟S3：基于訓(xùn)練樣本集{(V_w，ω_r，T，p，P_m)}，利用遺傳算法對徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)速估計模型的參數(shù){(c_i，δ_i，w_i)}進(jìn)行優(yōu)化，其中，c_i為徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層第i個神經(jīng)元的基函數(shù)的數(shù)據(jù)中心，δ_i為徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層第i個神經(jīng)元的基函數(shù)的擴(kuò)展常數(shù)，w_i為徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層第i個神經(jīng)元到輸出層的權(quán)值，具體步驟為：

步驟a)：設(shè)置染色體的種群規(guī)模M，遺傳終止進(jìn)化代數(shù)T，染色體適應(yīng)度函數(shù)，采用實數(shù)編碼方式對染色體進(jìn)行編碼，并進(jìn)行初始化；其中染色體的適應(yīng)度函數(shù)為該染色體對應(yīng)的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練樣本集上的輸出誤差絕對值之和的倒數(shù)，即：

其中，表示該染色體對應(yīng)的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在第k個訓(xùn)練樣本上的輸出，Y_k表示目標(biāo)輸出值，m表示訓(xùn)練樣本的總個數(shù)；

步驟b)：計算種群中每個染色體的適應(yīng)度函數(shù)值，并確定適應(yīng)度函數(shù)值最大的為最優(yōu)秀個體；

步驟c)：判斷本次遺傳代數(shù)是否達(dá)到遺傳終止進(jìn)化代數(shù)T；如果達(dá)到，優(yōu)化過程結(jié)束，最優(yōu)秀個體對應(yīng)的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型即為最終模型；如果未達(dá)到，則進(jìn)行選擇、自適應(yīng)交叉和變異運算，產(chǎn)生下代種群，將遺傳代數(shù)增加1次，并轉(zhuǎn)至步驟b)。