一种开关磁阻发电机MPPT控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种开关磁阻发电机MPPT控制方法及系统，涉及风力发电技术领域，解决了无法准确快速地实现最大功率点跟踪的问题，其技术方案要点是：包括获取风力机的最佳转速和实际转速，对最佳转速与实际转速的差值进行状态变换，得到位置状态变量，将所述位置状态变量带入自适应加权灰狼优化算法，输出脉宽调制占空比，通过脉宽调制占空比结合其他参数，控制功率变换器中相应开关器件的开通与关断，实现MPPT控制；通过对灰狼优化算法进行改进，并将其应用于MPPT控制，以提高MPPT控制的快速性和稳定性。和稳定性。和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种开关磁阻发电机MPPT控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及于风力发电
，更具体地说，它涉及一种开关磁阻发电机MPPT控制方法及系统。

技术介绍

[0002]变速恒频方式运行的风力发电系统因其具有效率高、控制方便的特点，逐渐成为风力发电领域研究的焦点。开关磁阻发电机(Switched reluctance generator,SRG)作为一种新型特种发电机，也是以变速恒频方式运行的。SRG采用双凸极结构，内部无永磁体，绕组仅集中在定子上，所以SRG结构简单，可靠性高，没有去磁效应，适用于环境恶劣场合。SRG输出的是恒压直流电，在并网时没有电流冲击，可直接用于直流负载或蓄电池供电，也可调节并网无功功率。
[0003]但由于SRG控制系统开关器件容量较大，容易出现转矩波动，且在风力发电过程中，由于风能的不确定性，风力机转速的突变会引起输出电压的脉动，从而影响SRG的发电质量，无法准确快速地实现最大功率点跟踪(Maximum power point tracking，MPPT)。
[0004]近年来，智能群优化算法被广泛应用于解决非线性工程问题，具有较好的应用前景。因此，专利技术人想到将智能群优化算法中的灰狼优化算法(Grey Wolf Optimization，GWO)进行改造并应用于开关磁阻风力发电系统MPPT控制，通过输出电压脉宽调制最优占空比，准确快速地实现MPPT控制，优化输出电能质量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种开关磁阻发电机MPPT控制方法及系统，通过改进灰狼优化算法，在获得风力机的最佳转速和实际转速时即可输出脉宽调制占空比，进而准确快速地实现 MPPT控制，对于突变的风速具有良好的适应性，减小输出电压的脉动，优化输出电能质量。
[0006]本专利技术的一种开关磁阻发电机MPPT控制方法是通过以下技术方案得以实现的：包括获取风力机的最佳转速和实际转速，对最佳转速与实际转速的差值进行状态变换，得到位置状态变量，将所述位置状态变量带入自适应加权灰狼优化算法，输出脉宽调制占空比，通过脉宽调制占空比结合其他参数，控制功率变换器中相应开关器件的开通与关断，实现MPPT控制，所述其他参数包括：转子位置和相电流大小。
[0007]与现有技术相比，本方案对灰狼优化算法进行创造性的改进得到自适应加全灰狼优化算法，并将其应用于MPPT控制，以提高MPPT控制的快速性和稳定性，在获取风力机的最佳转速和实际转速这两个参数后，进行状态变换，形成位置状态变量，作为自适应加权灰狼优化算法的输入，最后输出脉宽调制占空比，通过脉宽调制占空比结合其他参数，控制功率变换器中相应开关器件的开通与关断，实现MPPT控制。
[0008]进一步，对最佳转速与实际转速的差值进行状态变换，得到位置状态变量，通过以下公式计算得出：
[0009][0010][0011]其中：n
SRG
为实际转速，为最佳转速，X
p
、X
i
和X
d
为位置状态变量，k为当前时刻。
[0012]进一步，所述自适应加权灰狼优化算法包括：
[0013]S1、设置所述位置状态变量的上下限，初始化灰狼种群以及灰狼个体位置X(X
p
,X
i
,X
d
)；
[0014]S2、根据适应度函数计算每只灰狼的适应度值，将适应度最优的狼的位置保存为X
α
，适应度次优的狼的位置保存为X
β
，适应度第三优的狼的位置保存为X
δ
；
[0015]S3、对灰狼个体位置X(X
p
,X
i
,X
d
)进行更新处理，获得灰狼个体更新位置X(k+1)；
[0016]S4、更新搜索范围a，收敛系数A和随机系数C；
[0017]S5、判断是否到达最大迭代次数，是则将所述适应度最优的狼的位置X
a
转化为脉宽调制占空比输出，否则返回S2。
[0018]采用上述技术方案，将位置状态变量组成灰狼个体的三维位置向量，即X＝(X
p
,X
i
,X
d
), 每次迭代适应度值最优的前三个解分别作为α狼、β狼、δ狼，引导其余灰狼个体进行位置更新，进而逼近最优解。
[0019]进一步，所述初始化灰狼种群包括:初始化种群数量N、最大迭代次数k
max
、搜索范围a、收敛系数A以及随机系数C。
[0020]进一步，所述适应度函数为开关磁阻风力发电系统在单位阶跃函数和正弦函数两种输入下，时间乘误差绝对值的积分。
[0021]采用上述技术方案，综合考虑系统的快速响应特性和鲁棒性，创造性的得出一个适应度函数，采用单位阶跃函数模拟渐进风，采用正弦函数模拟阵风，取系统在两种输入下，时间乘误差绝对值的积分作为适应度函数，以满足稳态时间、响应时间、超调量等控制要求。
[0022]进一步，对灰狼个体位置X(X
p
,X
i
,X
d
)进行更新处理，获得灰狼个体更新位置X(k+1)，包括以下步骤：
[0023]S31、计算ω狼朝着α狼、β狼和δ狼前的步长和方向X1、X2和X3。
[0024]S31、计算α狼、β狼、δ狼对灰狼个体位置更新的影响权值W1、W2和W3；
[0025]S32、通过W1、W2和W3计算灰狼个体的更新位置X(k+1)。
[0026]进一步，计算α狼、β狼、δ狼对灰狼个体位置更新的影响权值W1、W2和W3，通过以下公式获得：
[0027][0028]其中，W1、W2和W3分别代表α狼、β狼、δ狼对灰狼个体位置更新的影响权值，X1、X2和 X3分别表示ω狼朝着α狼、β狼和δ狼前的步长和方向，f1、f2和f3分别代表α狼、β狼、δ狼的适应度。
[0029]进一步，根据W1、W2和W3计算灰狼个体更新位置，通过以下公式获得：
[0030][0031]其中，X(k+1)表示灰狼个体更新位置。
[0032]采用上述技术方案，影响权值W1、W2和W3能够根据实际风速动态变化，加入后可以避免自适应加权灰狼优化算法陷入局部寻优，加快收敛速度，提升算法寻优性能和自适应能力。
[0033]进一步，将所述适应度最优的狼的位置X
a
转化为脉宽调制占空比输出，通过以下公式获得：
[0034][0035]其中，D、ΔD分别为输出脉宽调制占空比及其增量；K为自适应加权灰狼优化算法的比例系数，W1、W2和W3分别代表α狼、β狼、δ狼对灰狼个体位置更新的影响权值， Xa1，Xa2和Xa3表示α狼的位置向量X
a
的分量。
[0036]本专利技术还提供一种开关磁阻发电机MPPT控制系统，包括获取模块、状态转换模块和自适应加权灰狼优化算法处理模块，所述获取模块，用于获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻发电机MPPT控制方法，其特征是：包括获取风力机的最佳转速和实际转速；对最佳转速与实际转速的差值进行状态变换，得到位置状态变量；将所述位置状态变量带入自适应加权灰狼优化算法，输出脉宽调制占空比；通过脉宽调制占空比结合其他参数，控制功率变换器中相应开关器件的开通与关断，实现MPPT控制，所述其他参数包括：转子位置和相电流大小。2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻发电机MPPT控制方法，其特征是：对最佳转速与实际转速的差值进行状态变换，得到位置状态变量，通过以下公式计算得出：通过以下公式计算得出：其中：n
SRG
为实际转速，n
*SRG
为最佳转速，X
p
、X
i
和X
d
为位置状态变量，k为当前时刻。3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻发电机MPPT控制方法，其特征是：所述将所述位置状态变量带入自适应加权灰狼优化算法，包括：S1、设置所述位置状态变量的上下限，初始化灰狼种群以及灰狼个体位置X(X
p
,X
i
,X
d
)；S2、根据适应度函数计算每只灰狼的适应度值，将适应度最优的狼的位置保存为X
α
，适应度次优的狼的位置保存为X
β
，适应度第三优的狼的位置保存为X
δ
；S3、对灰狼个体位置X(X
p
,X
i
,X
d
)进行更新处理，获得灰狼个体更新位置X(k+1)；S4、更新搜索范围a，收敛系数A和随机系数C；S5、判断是否到达最大迭代次数，是则将所述适应度最优的狼的位置X
a
转化为脉宽调制占空比输出，否则返回S2。4.根据权利要求3所述的一种开关磁阻发电机MPPT控制方法，其特征是：所述初始化灰狼种群包括:初始化种群数量N、最大迭代次数k
max
、搜索范围a、收敛系数A以及随机系数C。5.根据权利要求4所述的一种开关磁阻发电机MPPT...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红伟，明兴莹，罗华林，房蕾，龚旭辉，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：