本發(fā)明涉及一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)最大功率分時跟蹤方法，特別是實現(xiàn)用一個dc/dc直流變換電路分時跟蹤風(fēng)力和光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率的方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，人類對于能源的需求量不斷增加。而化石和礦物能源的過度開采與利用勢必會造成能源枯竭、破壞生態(tài)環(huán)境。加速清潔能源的普及與推廣，已成為世界各國實行可持續(xù)發(fā)展道路的必然選擇。太陽能和風(fēng)能在時間上的互補性使得風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源分布上具有很好的匹配性。

在初始階段，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)只是簡單的將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)進行了組合。在此結(jié)構(gòu)中風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)過ac/dc整流電路與dc/dc直流變換電路后連接到直流母線上，光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)dc/dc直流變換電路升壓后并聯(lián)到直流母線上。但是其成本較高。隨著電力電子技術(shù)、智能控制的高速發(fā)展以及諸多學(xué)者對風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)的深入研究，很多先進的最大功率跟蹤方法已日臻完善。

太陽能、風(fēng)能易受到天氣變化、光照強度變化等因素的影響，具有波動性、間歇性等特點。當自然條件變化時，系統(tǒng)的輸出功率也會隨之變化。在使用一個dc/dc直流變換電路的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)中，適宜的最大功率跟蹤方法至關(guān)重要，既可以降低成本又能實現(xiàn)最大功率跟蹤(mppt)功能。保證系統(tǒng)穩(wěn)定輸出，達到資源最優(yōu)化配置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是用一個dc/dc直流變換電路分時跟蹤風(fēng)力和光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率。

本發(fā)明是一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)最大功率分時跟蹤方法，風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電兩個子系統(tǒng)共用一個dc/dc直流變換電路，其步驟為：

步驟1：在系統(tǒng)正常運行的情況下，采集風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流iw、光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流is、二者并聯(lián)后的輸出電壓e、系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路的輸出電壓u0。檢測風(fēng)機的轉(zhuǎn)速ω。根據(jù)采集到風(fēng)力和光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓和輸出電流計算輸出功率變化量δpw＝pk-pk-1、δps＝pk-pk-1,其中pk、pk-1表示第k秒和第k-1秒時的輸出功率。計算風(fēng)機的轉(zhuǎn)速變化量δω＝ωk-ωk-1,其中ωk、ωk-1表示第k秒和第k-1秒時的風(fēng)機轉(zhuǎn)速。計算輸出電壓的變化量δu0＝uk-uk-1,其中uk、uk-1表示第k秒和第k-1秒時系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路的輸出電壓；

步驟2：由風(fēng)力發(fā)電mppt跟蹤方法得到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比dw[k]；同理，能夠得到光伏發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比ds[k]；

步驟3：跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)：計算并檢測dpw/dω值的變化，若dpw/dω＝0，即風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)達到最大功率；用bp(backpropagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測風(fēng)速值并計算風(fēng)速的變化量|δsk|＝sk-sk-1，單位為m/s，其中sk、sk-1表示第k秒和第k-1秒時風(fēng)速預(yù)測值；本發(fā)明主要依據(jù)風(fēng)速的預(yù)測值及仿真模型確定跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時的最小判定值δsmin,若在某一秒開始，風(fēng)速的變化會對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則確定這一秒的風(fēng)速變化量為跟蹤目標時的最小判定值；

(1)當dpw/dω＝0且|δsk|>δsmin，說明下一秒風(fēng)速的變化會對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則繼續(xù)跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；占空比輸出選擇器輸出dw[k]；

(2)當dpw/dω＝0且|δsk|<δsmin，說明下一秒風(fēng)速的變化不會對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則不繼續(xù)跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；切換跟蹤目標，占空比輸出選擇器開始輸出ds[k]；

步驟4：跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)：計算并檢測dps/du0值的變化，若dps/du0＝0，光伏發(fā)電系統(tǒng)達到最大功率；用bp(backpropagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測并計算光照強度的變化值|δlk|＝lk-lk-1，其中l(wèi)k、lk-1表示第k秒和第k-1秒時光照強度預(yù)測值。本發(fā)明主要依據(jù)光照強度的預(yù)測值及仿真模型確定系統(tǒng)跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)時的最小判定值δlmin，若在某一秒開始，光照強度的變化會對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則確定這一秒的風(fēng)速變化量為跟蹤目標時的最小判定值；

(1)若dps/du0＝0且|δlk|>δlmin，說明在下一秒光照強度的變化會對光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則繼續(xù)跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)，占空比輸出選擇器輸出ds[k]；

(2)若dps/du0＝0且|δlk|<δlmin，則返回步驟3；

步驟5：用占空比輸出選擇器輸出的dw[k]或ds[k]調(diào)整風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓：

(1)當跟蹤風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)時，用dw[k]調(diào)整風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓：

(2)當跟蹤光伏發(fā)電子系統(tǒng)時，用ds[k]調(diào)整風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓：

其中：u0表示系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路的輸出電壓；e表示風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電并聯(lián)后的輸出電壓；dw[k]表示風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比；ds[k]表示光伏發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比；

由以上步驟可以實現(xiàn)用一個dc/dc直流變換電路分時跟蹤風(fēng)力、光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，使風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)工作在最大功率點。

本發(fā)明的有益之處在于：在使用一個dc/dc直流變換電路的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)中，實現(xiàn)了適宜的最大功率跟蹤，既可以降低成本又能實現(xiàn)最大功率跟蹤(mppt)功能，保證系統(tǒng)穩(wěn)定輸出，達到資源最優(yōu)化配置，而且結(jié)構(gòu)簡單，降低了成本。

附圖說明

圖1是風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖2是最大功率分時跟蹤方法原理框圖，圖3是最大功率分時跟蹤方法流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明是一種風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)最大功率分時跟蹤方法，如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電兩個子系統(tǒng)共用一個dc/dc直流變換電路，其步驟為：

步驟1：在系統(tǒng)正常運行的情況下，采集風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流iw、光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流is、二者并聯(lián)后的輸出電壓e、系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路的輸出電壓u0。檢測風(fēng)機的轉(zhuǎn)速ω。根據(jù)采集到風(fēng)力和光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓和輸出電流計算輸出功率變化量δpw＝pk-pk-1、δps＝pk-pk-1,其中pk、pk-1表示第k秒和第k-1秒時的輸出功率。計算風(fēng)機的轉(zhuǎn)速變化量δω＝ωk-ωk-1,其中ωk、ωk-1表示第k秒和第k-1秒時的風(fēng)機轉(zhuǎn)速。計算輸出電壓的變化量δu0＝uk-uk-1,其中uk、uk-1表示第k秒和第k-1秒時系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路的輸出電壓；

步驟2：由風(fēng)力發(fā)電mppt跟蹤方法得到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比dw[k]；同理，能夠得到光伏發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比ds[k]；

步驟3：跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)：計算并檢測dpw/dω值的變化，若dpw/dω＝0，即風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)達到最大功率；用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測風(fēng)速值并計算風(fēng)速的變化量|δsk|＝sk-sk-1，單位為m/s，其中sk、sk-1表示第k秒和第k-1秒時風(fēng)速預(yù)測值；本發(fā)明主要依據(jù)對風(fēng)速的預(yù)測值及仿真模型確定跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時的最小判定值δsmin,若在某一秒開始，風(fēng)速的變化會對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則確定這一秒時的風(fēng)速變化量為跟蹤目標時的最小判定值；

(1)當dpw/dω＝0且|δsk|>δsmin，說明在下一秒風(fēng)速的變化會對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則繼續(xù)跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；占空比輸出選擇器輸出dw[k]；

(2)當dpw/dω＝0且|δsk|<δsmin，說明下一秒風(fēng)速的變化不會對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則不繼續(xù)跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；切換跟蹤目標，占空比輸出選擇器開始輸出ds[k]；

步驟4：跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)：計算并檢測dps/du0值的變化，若dps/du0＝0，光伏發(fā)電系統(tǒng)達到最大功率；用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測并計算光照強度的變化量|δlk|＝lk-lk-1，其中l(wèi)k、lk-1表示第k秒和第k-1秒時光照強度預(yù)測值。依據(jù)仿真模型確定系統(tǒng)跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)時的最小判定值δlmin，若在某一秒開始，光照強度的變化會對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則確定這一秒的風(fēng)速變化量為跟蹤目標時的最小判定值；

(1)若dps/du0＝0且|δlk|>δlmin，說明在下一秒光照強度的變化會對光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則繼續(xù)跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)，占空比輸出選擇器輸出ds[k]；

(2)若dps/du0＝0且|δlk|<δlmin，則返回步驟3；

上述步驟3與步驟4中的判定條件及跟蹤目標列表如下：

表1最大功率分時跟蹤方法

步驟5：用占空比輸出選擇器輸出的dw[k]或者ds[k]調(diào)整風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓，從而分時跟蹤風(fēng)力、光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，使風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)工作在最大功率點。其中風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓：

其中e為風(fēng)力和光伏并聯(lián)后的輸出電壓，u0為dc/dc直流變換后的電壓,d為占空比。

如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)1由ac/dc整流電路2整流后由dc/dc直流變換電路5升壓，然后經(jīng)過dc/ac逆變電路6接入負載8。光伏發(fā)電子系統(tǒng)4由dc/dc直流變換電路5升壓，然后經(jīng)過dc/ac逆變電路6接入負載8。光伏發(fā)電子系統(tǒng)4由光伏電池板3組成。此系統(tǒng)的特點是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1經(jīng)過ac/dc整流電路2與光伏子系統(tǒng)4的輸出端并聯(lián)，然后由dc/dc直流變換電路5升壓后再經(jīng)過dc/ac逆變電路6接入負載8。

由于風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)會受到風(fēng)速、光照強度等自然條件的制約和影響，其輸出功率并不穩(wěn)定。適宜的最大功率跟蹤方法使得風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)在自然條件變化時，可以快速跟蹤系統(tǒng)的輸出功率。由于風(fēng)速和光照強度的隨機性，以bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對風(fēng)速和光照強度的預(yù)測值為依據(jù)，對風(fēng)力和光伏發(fā)電子系統(tǒng)的輸出功率進行分時跟蹤，就可以實現(xiàn)用一個dc/dc直流變換電路分時跟蹤風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的最大功率。

如圖2所示，以bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對風(fēng)速和光照強度的預(yù)測值為依據(jù)，對風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的最大功率進行跟蹤。當預(yù)測到風(fēng)速即將發(fā)生變化時，開始跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；若預(yù)測到光照強度發(fā)生變化時，則開始跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)。這樣就可以實現(xiàn)用一個dc/dc直流變換電路對風(fēng)力和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率進行分時跟蹤。該最大功率跟蹤方法可以有效的使系統(tǒng)分時跟蹤系統(tǒng)輸出功率，提高了發(fā)電效率。

如圖3所示，首先采集風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓與輸出電流等參數(shù)，計算功率及其他參數(shù)的變化量。然后由風(fēng)力和光伏發(fā)電mppt方法得到dc/dc直流變換電路的電壓占空比，再根據(jù)風(fēng)速和光照強度的預(yù)測值與最小判定值確定是否跟蹤目標。

具體實施步驟如下：

步驟1：在系統(tǒng)正常運行的情況下，采集風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流iw、光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流is、二者并聯(lián)后的輸出電壓e、風(fēng)機的轉(zhuǎn)速ω、系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路的輸出電壓u0。根據(jù)采集到的輸出電壓和輸出電流計算風(fēng)力和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率變化量δpw、δps。計算風(fēng)機的轉(zhuǎn)速變化量δω與輸出電壓的變化量δu0；

步驟2：由風(fēng)力和光伏發(fā)電mppt控制方法得到dc/dc直流變換電路的電壓占空比dw[k]、ds[k]；

步驟3：跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。計算并檢測dpw/dω值的變化，若dpw/dω＝0，即風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)達到最大功率。用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測風(fēng)速值，在風(fēng)速的正常變化范圍內(nèi)取一典型樣本數(shù)據(jù)模擬實際測量數(shù)據(jù)，風(fēng)速預(yù)測結(jié)果對比如下表：

表2風(fēng)速預(yù)測結(jié)果對比

從以上表可以得出，以bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對風(fēng)速的預(yù)測值為依據(jù)，計算風(fēng)速的變化量δsi＝si+1-si，單位為m/s。本發(fā)明主要依據(jù)對風(fēng)速的預(yù)測值與仿真模型確定跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時的最小判定值δsmin。若在某一秒開始，風(fēng)速的變化會對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則確定這一秒時的風(fēng)速變化量為跟蹤目標時的最小判定值。

(1)當dpw/dω＝0且|δsi|>δsmin，說明在下一秒風(fēng)速的變化會對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則繼續(xù)跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。占空比輸出選擇器開始輸出dw[k]；

(2)當dpw/dω＝0且|δsi|<δsmin，說明下一秒風(fēng)速的變化不會對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則不繼續(xù)跟蹤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。切換跟蹤目標，占空比輸出選擇器開始輸出ds[k]；

步驟4：跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)。計算并檢測dps/du0值的變化，若dps/du0＝0，光伏發(fā)電系統(tǒng)達到最大功率。用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測光照強度值，在光照強度的正常變化范圍內(nèi)取一典型樣本數(shù)據(jù)模擬實際測量數(shù)據(jù)，風(fēng)速預(yù)測結(jié)果對比如下表：

表3光照強度預(yù)測結(jié)果對比

以上表可以得出，以bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對光照強度的預(yù)測值為依據(jù)，計算光照強度的變化值|δli|，單位為w/m²。本發(fā)明主要依據(jù)對光照強度的預(yù)測值與仿真模型確定跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)時的最小判定值δlmin。若在某一秒開始，光照強度的變化會對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則確定這一秒的風(fēng)速變化量為跟蹤目標時的最小判定值。

(1)若dps/du0＝0且|δli|>δlmin，說明在下一秒光照強度的變化會對光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則繼續(xù)跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)，占空比輸出選擇器輸出ds[k]；

(2)若dps/du0＝0且|δli|<δlmin，說明在下一秒光照強度的變化不會對光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率造成較大影響，則不繼續(xù)跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)，則返回步驟3；

步驟5：用占空比輸出選擇器輸出的dw[k]或者ds[k]調(diào)整風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓。

(1)當跟蹤風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)時，用dw[k]調(diào)整風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓：

(2)當跟蹤光伏發(fā)電子系統(tǒng)時，用ds[k]調(diào)整風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓：

其中：u0表示系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路的輸出電壓；e表示風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電并聯(lián)后的輸出電壓；dw[k]表示風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比；ds[k]表示光伏發(fā)電系統(tǒng)中dc/dc直流變換電路第k秒時的電壓占空比；

由以上步驟可以分時跟蹤風(fēng)力、光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，使風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)工作在最大功率點。

本發(fā)明為了避免切換頻率過高影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行，主要依據(jù)對風(fēng)速、光照強度的預(yù)測值與仿真模型確定風(fēng)力、光伏發(fā)電系統(tǒng)跟蹤目標時的最小判定值δsmin、δlmin。在實際應(yīng)用中，應(yīng)對系統(tǒng)的控制精度要求、并網(wǎng)電能質(zhì)量及發(fā)電站所在地理位置的天氣狀況進行綜合考量。