一種基于改進(jìn)爬山算法的風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于改進(jìn)爬山算法的風(fēng)力發(fā)電最大功率 點(diǎn)跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著傳統(tǒng)化石能源造成的環(huán)境壓力越來(lái)越大，風(fēng)力發(fā)電作為一種新能源得到了廣 泛的重視。風(fēng)力發(fā)電受風(fēng)速影響比較大，不同的風(fēng)速條件下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)有不同的最大功 率點(diǎn)，對(duì)應(yīng)著不同的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。風(fēng)速具有隨機(jī)性，要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)最大功率點(diǎn)跟 蹤（MPPT)，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行轉(zhuǎn)速，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)始終工作在最大功率點(diǎn)，最大程度上利用風(fēng) 能。
[0003] 風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤的方法，最容易實(shí)現(xiàn)的是爬山算法，因其無(wú)需測(cè)量風(fēng)速 和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，成本低，特別適用于小型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。爬山算法利用了風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率-轉(zhuǎn) 速曲線的單峰值特性來(lái)捜索最大功率點(diǎn)。該方法首先給轉(zhuǎn)速一個(gè)擾動(dòng)，接著觀察輸出功率 的變化，判斷功率-轉(zhuǎn)速曲線在當(dāng)前轉(zhuǎn)速位置的斜率。如果斜率為正，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)目前工 作在最大功率點(diǎn)的左側(cè)，即風(fēng)機(jī)運(yùn)行在功率-轉(zhuǎn)速曲線的左半段上，當(dāng)前轉(zhuǎn)速小于最佳轉(zhuǎn) 速，然后沿著轉(zhuǎn)速增加的方向繼續(xù)對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速添加擾動(dòng)，進(jìn)行下一步的捜索，直至斜率接 近零，此時(shí)風(fēng)機(jī)位于功率-轉(zhuǎn)速曲線的峰值的位置（即功率-轉(zhuǎn)速曲線的最大功率點(diǎn)）。反 之亦然。該種方法使風(fēng)機(jī)由功率-轉(zhuǎn)速曲線的兩側(cè)爬向曲線中間的峰值位置，因此形象的 成為爬山算法。
[0004] 專利《基于Boost類變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法》（專利號(hào)： 201410107195.幻公開了一種改進(jìn)的爬山算法，該方法在給風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速添加擾動(dòng)的時(shí) 候，擾動(dòng)的大小一一也就是捜索步長(zhǎng)（即擾動(dòng)前后轉(zhuǎn)速變化的差值）不是固定的，它是功 率-轉(zhuǎn)速曲線相應(yīng)的點(diǎn)的斜率的函數(shù)，斜率的絕對(duì)值越大，捜索步長(zhǎng)越大。由于基本上風(fēng)機(jī) 功率-轉(zhuǎn)速曲線上，離峰值越遠(yuǎn)的點(diǎn)，斜率絕對(duì)值越大，因此該方法可W使風(fēng)機(jī)在功率-轉(zhuǎn) 速曲線上遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn)時(shí)可W快速改變轉(zhuǎn)速，加快爬向峰值的速度，而在峰值附近，斜率 絕對(duì)值變小，捜索步長(zhǎng)變小，避免了風(fēng)機(jī)在最大功率點(diǎn)處振蕩。此種方法亦稱為變步長(zhǎng)爬山 算法。
[0005] 但是，當(dāng)在不同風(fēng)速條件下，風(fēng)機(jī)的功率-轉(zhuǎn)速曲線上，遠(yuǎn)離峰值的點(diǎn)的斜率并不 一樣。如果使用上述專利公開的方法，由不同風(fēng)速的功率-轉(zhuǎn)速曲線可知，當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)， 遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn)的位置斜率較大，容易獲得較大的捜索步長(zhǎng)。而當(dāng)風(fēng)速較低時(shí)，遠(yuǎn)離最大功 率點(diǎn)的位置斜率較小，導(dǎo)致捜索步長(zhǎng)小，捜索速度慢。單靠增大斜率對(duì)捜索步長(zhǎng)的影響系 數(shù)，使同樣的斜率值下捜索步長(zhǎng)更大，雖然可W加快低風(fēng)速時(shí)的爬山速度，但由于在高風(fēng)速 時(shí)，最大功率點(diǎn)附近的斜率依然比較大，容易導(dǎo)致風(fēng)機(jī)在最大功率點(diǎn)附近振蕩，例如風(fēng)機(jī)工 作在最大功率點(diǎn)左側(cè)附近時(shí)，由于計(jì)算得到的捜索步長(zhǎng)過(guò)大，導(dǎo)致下一步捜索時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)大， 使風(fēng)機(jī)到達(dá)了最大功率點(diǎn)的右側(cè)，然后又由于同樣的原因，再下一次捜索時(shí)，風(fēng)機(jī)又回到了 最大功率點(diǎn)的左側(cè)，如此往復(fù)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速忽大忽小，形成在最大功率點(diǎn)附近振蕩，很難到達(dá) 最大功率點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能提高低風(fēng)速時(shí)最大功率點(diǎn)的 捜索速度，且在高風(fēng)速接近最大功率點(diǎn)時(shí)避免振蕩的一種基于改進(jìn)爬山算法的風(fēng)力發(fā)電最 大功率點(diǎn)跟蹤方法。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是；
[000引一種基于改進(jìn)爬山算法的風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤方法，包括W下步驟：
[0009] A、測(cè)量風(fēng)機(jī)當(dāng)前的功率值P;
[0010] B、對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n增加一個(gè)捜索步長(zhǎng)An(i)，使得風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變?yōu)閚+An(i);
[0011] C、測(cè)量風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化后的功率變化值A(chǔ)P ;
[0012] D、根據(jù)功率值P，計(jì)算功率值影響系數(shù)Ki;
[0013] E、根據(jù)捜索步長(zhǎng)An(i)和功率變化值A(chǔ)P，計(jì)算得出斜率影響系數(shù)K2;
[0014] F、根據(jù)功率值影響系數(shù)Ki、斜率影響系數(shù)馬、本次的捜索步長(zhǎng)An(i)和功率變化 值A(chǔ)P，計(jì)算下一次的捜索步長(zhǎng)An(i+1);
[0015] G、根據(jù)預(yù)設(shè)的條件判斷是否結(jié)束捜索，若是，則結(jié)束；反之，則根據(jù)計(jì)算得到的下 一次的捜索步長(zhǎng)An(i+1)返回執(zhí)行步驟A。
[0016] 作為所述的一種基于改進(jìn)爬山算法的風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤方法的進(jìn)一步改 進(jìn)，所述功率值影響系數(shù)Ki的計(jì)算公式為：
[0017]
[0018] 其中，Kim"和K1mi。分別為最大和最小功率值影響系數(shù)，P為功率值，A、B分別為 Ki-P曲線的斜率和截距，Pi為對(duì)應(yīng)最大功率值影響系數(shù)的轉(zhuǎn)折功率，P2為對(duì)應(yīng)最小功率值 影響系數(shù)的轉(zhuǎn)折功率。
[0019] 作為所述的一種基于改進(jìn)爬山算法的風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤方法的進(jìn)一步改 進(jìn)，所述斜率影響系數(shù)K,的計(jì)算公式為：
[0020] 馬二C|AP/An(i)I;
[0021] 其中，Ana)表示本次的捜索步長(zhǎng)，AP表示功率變化值，C為預(yù)設(shè)的常數(shù)項(xiàng)。
[0022] 作為所述的一種基于改進(jìn)爬山算法的風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤方法的進(jìn)一步改 進(jìn)，所述下一次的捜索步長(zhǎng)An(i+1)的計(jì)算公式為：
[002引An(i+1) =sign(AP)*sign(An(;0)體1體2,
[0024] 其中，K康示功率值影響系數(shù)，K2表示斜率影響系數(shù)，Ana)表示本次的捜索步 長(zhǎng)，AP表示功率變化值。
[0025] 作為所述的一種基于改進(jìn)爬山算法的風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤方法的進(jìn)一步改 進(jìn)，所述下一次的捜索步長(zhǎng)An(i+1)的大小與斜率的絕對(duì)值IAP/An(i)I正相關(guān)，與功 率值影響系數(shù)Ki正相關(guān)，與功率值P負(fù)相關(guān)，當(dāng)功率值P越小時(shí)，計(jì)算得出的下一次捜索步 長(zhǎng)An(i+1)會(huì)越大，向最大功率點(diǎn)接近的速度越快；當(dāng)功率值P越接近最大功率點(diǎn)時(shí)，計(jì)算 得出的下一次捜索步長(zhǎng)An(i+1)會(huì)越小，功率值P向最大功率點(diǎn)逐步趨近。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是：
[0027] 本發(fā)明一種基于改進(jìn)爬山算法的風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤方法通過(guò)引入功率值 影響系數(shù)和斜率影響系數(shù)，能根據(jù)當(dāng)前功率值變化的實(shí)際情況改變下一次捜索步長(zhǎng)，從而 實(shí)現(xiàn)加快低風(fēng)速時(shí)捜索最大功率點(diǎn)捜索的速度的目的，并且在高風(fēng)速時(shí)，避免了風(fēng)機(jī)在最 大功率點(diǎn)的振蕩情況。
【附圖說(shuō)明】
[002引下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0029] 圖1是本發(fā)明一種基于改進(jìn)爬山算法的風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤方法的步驟流 程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 參考圖1，本發(fā)明一種基于改進(jìn)爬山算法的風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤方法，包括W 下步驟：
[0031] A、測(cè)量風(fēng)機(jī)當(dāng)前的功率值P;
[0032] B、對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n增加一個(gè)捜索步長(zhǎng)An(i)，使得風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變?yōu)閚+An(i);
[0033] C、測(cè)量風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化后的功率變化值A(chǔ)P ;
[0034] D、根據(jù)功率值P，計(jì)算功率值影響系數(shù)Ki;
[0035] E、根據(jù)捜索步長(zhǎng)An(i)和功率變化值A(chǔ)P，計(jì)算得出斜率影響系數(shù)馬；
[0036] F、根據(jù)功率值影響系數(shù)Ki、斜率影響系數(shù)心本次的捜索步長(zhǎng)An(i)和功率變化 值A(chǔ)P，計(jì)算下一次的捜索步長(zhǎng)An(i+1);
[0037] G、根據(jù)預(yù)設(shè)的條件判斷是否結(jié)束捜索，若是，則結(jié)束；反之，則根據(jù)計(jì)算得到的下 一次的捜索步長(zhǎng)An(i+1)返回執(zhí)行步驟A。
[003引作為所述的一種基于改進(jìn)爬山算法的風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤方法的進(jìn)一步改 進(jìn)，所述功率值影響系數(shù)Ki的計(jì)算