风光互补发电系统控制策略

使用WPPT技术对风力发电机组和光伏电池板的最大功率点进行跟踪。从而得到系统最大的输出功率。

最大功率点跟踪（MPPT）

(MPPT控制方法以光伏发电为例)定步长算法

图4是具有定步长的MPPT一阶差分算法框图。实现太阳能光伏阵列

的最大功率点跟踪实质上是一个自寻优过程，通过对光伏阵列当前时刻输出电压与电流的检测，得到当前时刻光伏阵列输出功率，再与已被存储的前一时刻光伏阵列功率值比较，舍小存大，再检测，再相比较，如此不停地周而复始，便可使光伏阵列动态地工作在最大功率点上。功率达到最大值时满足：

3.2 变步长控制算法

由光伏阵列的I-V特性曲线可知，只有当光伏阵列工作在最大功率点时，光伏阵列才能输出最大功率。定步长的MPPT一阶差分算法是以光伏阵列输出功率最大为跟踪目标的。但在实际系统中，最重要的是负载获得的功率是否为最大。基于此提出以负载获得功率的变化代替以光伏阵列输出功率的变化来进行最大功率点跟踪的控制策略。同时，根据电网电压基本上为恒定值的特性，对注入电网的电流的变化进行最大功率点跟踪。在具体控制算法上采用改进的变步长电压扰动法，当离最大功率点较远时，步长较大，寻优速度加快；当接近最大功率点时，步长较小，逐渐地逼近最大功率点；当非常接近最大功率点时，系统稳定在该点工作，最终实现光伏阵列的真正最大功率点跟踪。电流在实际的跟踪过程中，搜索步长要根据当前光伏阵列的工作点相对于最大功率点的距离而做出相应改变；同时，在搜索过程中，为了避免误判断设置了光伏阵列工作电压的上下限幅值。相应的控制框图如图5所示。

风力发电最大功率点跟踪控制

风力发电机工作原理

风力发电系统就是江风能转成电能的装置，主要有风力机（风能转换成机械能）、发电机（机械能转换成电能）、控制器、电力变换等部分组成。风力发电系统风力机选择和能量特性不再详述，见“分布式风光互补控制器”论文。下面主要讨论一下风力发电最大功率输出问题。

风力发电的最大功率点跟踪(MPPT)控制方法可以大致分为三类：叶尖 速比控制、最大负载功率曲线控制、最大功率点搜索控制。

叶尖速比控制的计算系数受外界因素影响，难以精确计算风速，算法移植困难因此，此方法很少用于风光互补发电系统。

最大负载功率曲线控制要求事先测得风机转速和最大负载功率之间的关系曲线。由于不同的风机的最大负载功率曲线不同，所以算法的移植性较差，而且很难找到风机转速和最大功率之间的准确关系，这样就直接影响控制精度，但控制算法比较简单。

最大功率点搜索控制法不需要测风速的设备，也不需要知道风机的准确功率特性曲线，系统有自动跟随与自适应的能力。在这种控制方案控制下，即使风速稳定，发电机最终的功率输出也会有小幅度的波动，这种波动是系统调节上的需要，不可消除的，也是这个控制算法的一个缺点，但是，与一般的闭环控制系统不同，风力发电系统由于受风速的随机性与波动性

的影响，其输出一般不需要十分高的精度与稳定，所以在允许范围内的小幅度波动是可以接受的。采用变步长扰动法，在一定程度上可降低这种波动幅度。

最大功率的搜索控制法框图

光伏发电的最大功率点跟踪控制策略

光伏阵列工作特性

使用过程中，总是希望太阳电池输出大电流、高电压。下面是理想的PN结太阳电池I—v方程。

式中，Is，Vs。分别为太阳电池的输出电流和输出电压；Isc、Io分别为太阳电池 的短路电流和PN结反向饱和电流；K是玻尔兹曼常数T为

温度；q为电子电荷量

。

；

太阳电池I-v特性曲线是在某一确定的日照强度和温度下，太阳电池的输出电压和输出电流之间的关系如上图所示。I-v特性曲线表明太阳能电池既非恒压源，也非恒流源，而是一中非线性直流电源，输出电流在大部分工作