新型爬山算法在大慣性風(fēng)電系統(tǒng)中的應(yīng)用
黃守道，盧季寧，黃科元
湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南長沙410082
摘 要：針對風(fēng)力發(fā)電風(fēng)速的隨機(jī)性和不確定性，以及大慣性永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率受風(fēng)機(jī)機(jī)械功率和所儲的機(jī)械勢能的變化率的交叉影響特點(diǎn)，提出一種基于爬山搜索法的新型****風(fēng)能捕捉算法。為了得到較寬的變速范圍，在三相二極管整流器和pwm逆變器之間接有升壓斬波器，新型爬山算法采用****直流電流控制，調(diào)節(jié)輸入直流電流以跟從****的參考電流，產(chǎn)生不同轉(zhuǎn)矩控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速買現(xiàn)****功率跟蹤，并在爬山算法基礎(chǔ)上添加數(shù)據(jù)存儲和輸出功能，避免了盲目的爬山搜索。最后通過viatlah對一個(gè)50 kw永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，對比了傳統(tǒng)爬山算法與新型爬山算法在****功率點(diǎn)跟蹤上的差別。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法的可靠性，表明新型爬山算法在大慣性變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中具有更好的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電；****功率跟蹤：新型爬山算洼；直流電流控制
中國分類號：tp 27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a
1、引 言
風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展不僅為社會帶來經(jīng)濟(jì)效應(yīng)也帶來了巨大的環(huán)境效應(yīng)。然而風(fēng)力發(fā)電的基礎(chǔ)投資大，受自然條件制約，運(yùn)行小時(shí)數(shù)低，風(fēng)能利用率低，增加了風(fēng)力發(fā)電的投資難度，制約著風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。因而研究****風(fēng)能捕捉具有重要意義。
爬山算法以其實(shí)現(xiàn)方法簡單（既不需要測量風(fēng)速也不需要測量風(fēng)機(jī)機(jī)械功率特性）是目前應(yīng)用廣泛的****風(fēng)能捕捉算法。然而傳統(tǒng)爬算法只適宜在風(fēng)機(jī)慣性十分小時(shí)工作，對于大慣性風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，輸出功率受風(fēng)機(jī)機(jī)械功率和所儲的機(jī)械勢能變化率的交叉影響，傳統(tǒng)爬山算法對隨機(jī)快速變化的風(fēng)速不能快速跟蹤，追蹤效果不理想。因而本文在分析風(fēng)力機(jī)特性和爬山原理基礎(chǔ)上，提出新型直接電流控制爬山搜索算法。
2風(fēng)力機(jī)特性
根據(jù)貝茲( betz)理論，風(fēng)輪機(jī)實(shí)際得到的功率與風(fēng)速的三次方有關(guān)。在風(fēng)速v下運(yùn)行時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)捕獲的風(fēng)能為
式中，p為空氣密度；s為風(fēng)輪的掃掠面積；r為風(fēng)輪半徑(m)；v為風(fēng)速；ω為風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械角速度；cp（λ，β）為風(fēng)能利用系數(shù)，反映了風(fēng)輪機(jī)利用風(fēng)能的效率，它是葉尖速比λ和槳葉節(jié)距角β的函數(shù)。
由上可知在一定的風(fēng)速下，風(fēng)機(jī)輸出功率取決于功率系數(shù)cp (λ)，在不同的風(fēng)速下，只要控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速使得滿足葉尖速比λ=λopx，則cp (λ) =cpmax。可得到不同風(fēng)速下****功率，功率曲線，如圖l所示。
3傳統(tǒng)爬山算法原理
由傳統(tǒng)爬山算法原理，爬山算法示意圖，如圖2所示。
從圖2可看出在同一風(fēng)速下，當(dāng)風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在功率曲線任一點(diǎn)a時(shí)對指令轉(zhuǎn)速施以較小的擾動值△ω，此時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)移至c，若pc>pa，則說明當(dāng)前風(fēng)力機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在****功率點(diǎn)的左邊，此時(shí)應(yīng)選擇擾動方向?yàn)檗D(zhuǎn)速增加的方向；若pc<pa，則當(dāng)前風(fēng)力機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在****功率點(diǎn)右邊，此時(shí)應(yīng)選擇擾動方向?yàn)檗D(zhuǎn)速減小的方向。以此邏輯，風(fēng)力機(jī)不論運(yùn)行在何點(diǎn)，都會朝著****功率點(diǎn)移動，最終在****功率點(diǎn)達(dá)到平衡。
本文基于此提出新型電流擾動爬山算洼，通過控制直流電流，產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)矩從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足一定尖速比的要求，跟蹤****功率曲線：由于電機(jī)轉(zhuǎn)速與恒定勵(lì)磁的峰值電壓成比例，可由二極管整流器濾波后直流電壓值得到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而省去了電機(jī)轉(zhuǎn)速測量過程，提高了算法可靠性。
4新型爬山算法原理及控制策略
i)擾動原理及計(jì)算傳統(tǒng)變步長爬山算法旨在對轉(zhuǎn)速進(jìn)行擾動以尋找****轉(zhuǎn)速，然后通過轉(zhuǎn)速外環(huán)控制系統(tǒng)追蹤****轉(zhuǎn)速指令輸出****功率。與傳統(tǒng)爬山算法控制策略不同新型爬山算法采用****直流電流控制，調(diào)節(jié)輸入升壓斬波器的直流電流以跟從****的參考電流從而跟蹤風(fēng)力機(jī)的****功率點(diǎn)。電流擾動方向判斷，見表1。
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