风光互补发电系统MPPT智能调控装置的研发

摘要：基于“3D(Direct-current/Direct-current/Duty-ratio)-△D” 技术手法，研发了一种性价比很高的风光互补发电系统的MPPT (Maximum Power Point Tracking)智能调控设施。实验结果表明：所研发的“3D-△D” MPPT智能调控设施不仅调控方便、简捷、灵敏、准确，而且新颍、先进、实用、经济。该“3D-△D” MPPT调控设施已在南通理工学院新能源应用技术实训基地稳健的运行着。

1.引言

风光互补发电系统可以充分利用风能和太阳能资源进行发电，白天可能具有较好的太阳能资源，夜间则可能具有较好的风能资源。尤其是具有太阳能和风能资源丰富并且互补性好的地域，其经济效益和社会效益相当可观。为了克服风能和太阳能的不确定性而导致系统发电与用电不平衡，进一步增强风光互补发电系统的稳健性，必须创建优良的控制设施，自动进行MPPT (Maximum Power PointTracking)，将发电控制、功率调节和负载置配融合为一个最佳系统。[1]

2.风能发电设施的MPPT调控方法

风能发电设施常用MPPT控制法有：离散迭代MPPT控制法、风速自动跟踪MPPT控制法、风轮机转速反馈MPPT控制法等；这些方法性价比都不高。为此，此文研发了一种性价比较高的“3D” (Direct-current/Direct-current/Duty-ratio)MPPT调控法。所谓“3D”调控法，即通过控制器的软、硬件设施产生占空比可调的驱动功率开关管的PWM信号，从而实现系统输出电压和电流的自动调节，且随时检测风能发电机的电压并同控制器所设定的安全电压值进行比较：如果高于安全电压值则通过串联在其中的功率开关管对发电机电压进行减小调节。另外，当蓄电池充满电或遇大风（即超过风电机组的额定风速）时则启动卸荷电路进行卸荷，以保系统设施的安全。

风能发电机发电经整流器和DC／DC(Direct-Current/Direct-Current)变换器连接到负载。采样设施完成对电压、电流的采样，MPPT控制算法根据当前功率值与前一采样时刻功率值的差值，通过3D调控来调节发电机输出功率，从而达到MPPT目的目标。[2]

此“3D”MPPT调控法，是基于“阻抗匹配获最大功率”的理论：即当线性电路中的负载等效电阻同其电源内阻相等时，负载可获最大功率，可见进行MPPT实质上就是进行阻抗变换，故通过“3D”MPPT调控法来保持系统时时刻刻为阻抗匹配状况（实际上只能达到“准匹配”状况）， 便可实现MPPT。风电机组的输出功率P与DC／DC占空比D的特性曲线如图1所示，由图1可见，每一种风速（此图只绘出了风速从6米/每秒至15米/每秒这10种风速对应的P-D曲线）都各自对应唯一的最大功率点。

图1 风电机组的P一D特性曲线

责任编辑：solar_robot