微型水力发电与小型风力能源转换系统的类比以及简单高效的最大功率点跟踪技术的验证

《IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society》：Analogy between Micro-Hydroelectric and Small-Wind Energy Conversion Systems and Validation of Simple and Effective Maximum Power Point Tracking Techniques

　　

摘要：

本文阐述了微型水力发电系统与小型风力能源转换系统之间的相似性，验证了两种常用的能量提取方法。尽管本文主要研究佩尔顿水力涡轮机，但大部分分析、方法及结果也可应用于其他类型的水力涡轮机。首先描述了佩尔顿涡轮机的物理模型，然后将其适配为用于风力涡轮机的建模方法，从而显示出佩尔顿涡轮机与风力涡轮机模型之间的相似性。基于这种相似性，将两种简单有效的最大功率提取方法从小型风力涡轮机应用到佩尔顿涡轮机驱动的微型水力发电系统中。首先测试的是基于模型的最大功率点跟踪（MPPT）算法，该算法采用间接速度控制方式，通过简单的电力电子转换系统有效提升水力涡轮机的发电量。该方法降低了算法的复杂度和计算成本，且所需的电参数测量较少，因此无需使用位置或速度传感器（无传感器方案）。随后又测试了所谓的伪MPPT方法，该方法进一步简化了电力转换系统，无需微处理器，同样也无需传感器。实验结果表明，这两种最大功率提取方法在恒定流量和变流量条件下都能有效提升佩尔顿涡轮机的发电量。因此，在恒定流量条件下，MPPT方法通常能比伪MPPT方法获取更多电能；而在流量范围明确且固定的情况下，伪MPPT方法的效率可接近MPPT方法。不过需要注意的是，伪MPPT方法具有非常快的动态响应速度，能够快速适应流量变化，其结构更为简单...

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