基于模糊控制離網(wǎng)式

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1、基于模糊控制離網(wǎng)式小型風(fēng)電系統(tǒng)MPPT研究ResearchonMPPTofStand-aloneSmallSizeWindEnergyConversionSystemBasedonFuzzyControl朱鵬濤,景有泉,王大偉,張楊俊重慶通信學(xué)院(重慶,)ZhuPengtao,JingYouquan,WangDawei,ZhangYangjunTheCommunicationInstituteofChongqing,(Chongqing)摘要:分析了離網(wǎng)式小型風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)電過程中MPPT(最大功率點(diǎn)跟蹤)原理,以及當(dāng)前獲

2、得MPP(最大功率點(diǎn))的常規(guī)方法。模糊控制具有適應(yīng)性強(qiáng),魯棒性好,不依靠被控對象精確模型等特點(diǎn),適合風(fēng)電系統(tǒng)輸出非線性的特征。本文提出一種基于模糊控制的MPPT實(shí)現(xiàn)方法,論述模糊控制器的結(jié)構(gòu)、模糊決策與推理過程。Matlab仿真結(jié)果表明,利用模糊控制法實(shí)現(xiàn)MPPT響應(yīng)速度快,穩(wěn)態(tài)性能好。關(guān)鍵詞:離網(wǎng)式小型風(fēng)電系統(tǒng)MPPT模糊控制MPPAbstract:ThetheoryofMPPTandtheexistingconventionalwaystogettheMPPwhenpowerisgeneratedbystand-a

3、lonesmallsizewindenergyconversionsystemareanalyzed.Fuzzycontrolisprovidedwiththestrongadaptability,goodrobustnessanditdoesnotneedtodependonthecontrolledobiectoftheaccuratemodel.So,itissuitableforthenon—lineafitycharacteristicinwindpowersupply.Inthispaper,themeth

4、odofrealizingMPPTbasedonfuzzycontrolisputforward,andstructureofthefuzzycontroller,fuzzydecision-makingandreasoningarediscussed.Simulationofmatlabresultsshowthatthesystemhasthegoodperformanceofdynamicresponseandsteadyproperty.Keywords:Stand-alonesmallsizewindener

5、gyconversionsystem,MPPT,Fuzzycontro,MPP[中圖分類號]TK8[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A文章編號:1561-0349(2011)03-1引言當(dāng)今世界,快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)使煤、石油、天然氣等一次能源的消耗迅猛增長,能源危機(jī)日趨嚴(yán)重,越來越多的國家開始關(guān)注能源利用及轉(zhuǎn)換效率問題。風(fēng)能是一種便捷有效、兼顧能量增容和環(huán)保要求的新型能源。但是,由于離網(wǎng)式小型風(fēng)電系統(tǒng)輸出非線性等特點(diǎn),導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率很低。為了讓風(fēng)電系統(tǒng)在同樣的風(fēng)速下輸出更多的電能,提出了MPPT問題。MPPT本質(zhì)上是一個尋優(yōu)過程。通過測量電壓、

6、電流和功率,以及比較它們之間的變化關(guān)系,決定當(dāng)前工作點(diǎn)與最大功率點(diǎn)的位置關(guān)系,然后控制電流(或電壓)向最大功率點(diǎn)移動,最后控制電流(或電壓)在峰值功率點(diǎn)附近一定范圍內(nèi)來回擺動。當(dāng)前,常用的獲得MPP的方法有最佳葉尖速比控制法、最佳功率曲線控制法及爬山搜索控制法等。它們存在的問題在于:控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜,控制精度不高。本文提出采用模糊控制可以克服上述缺點(diǎn)。模糊控制適應(yīng)性強(qiáng),魯棒性好,作為一種新的控制思想,非常適合用于離網(wǎng)式小型風(fēng)力發(fā)電這種包含不確定量,而且很難用精確的數(shù)學(xué)模型描述出來的系統(tǒng)。2風(fēng)力機(jī)特性風(fēng)力機(jī)的基本特性,通常用

7、葉尖速比與風(fēng)能利用系數(shù)之間的關(guān)系來表示,即曲線。根據(jù)貝茨理論,風(fēng)能利用系數(shù)的最大值為=0.593。(1)=(2)實(shí)際上風(fēng)力機(jī)不可能將槳葉旋轉(zhuǎn)的風(fēng)能全部轉(zhuǎn)變?yōu)檩S的機(jī)械能,能量的轉(zhuǎn)換將導(dǎo)致功率的下降,它隨所采用的風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的型式而異。因此,風(fēng)力機(jī)的實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)<0.593。風(fēng)力機(jī)實(shí)際能得到的有功功率輸出是:(3)式中:為風(fēng)能利用系數(shù);為空氣密度,單位kg/m3;為風(fēng)輪半徑,單位m;為風(fēng)速,單位m/s。風(fēng)能利用系數(shù)反映了風(fēng)力機(jī)吸收風(fēng)能的效率,它是一個與風(fēng)速、葉片轉(zhuǎn)速和槳葉節(jié)距角有關(guān)的量。當(dāng)這些因素發(fā)生變化時,發(fā)生變化

8、,風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)及其運(yùn)行效率相應(yīng)發(fā)生變化。為了便于討論的特性,定義風(fēng)力機(jī)的另一個重要參數(shù)葉尖速比,即葉片的葉尖速度與風(fēng)速之比:(4)式中:為葉尖比;為風(fēng)力機(jī)角速度,單位rad/s;為風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速,單位r/min。如果保持節(jié)距角不變,風(fēng)能利用系數(shù)只與葉尖速比有關(guān),可以用一條曲線來描述風(fēng)力機(jī)的空氣動力特性。典型的關(guān)系曲線如圖1所示。從

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