基于风力发电的最大功率跟踪控制研究

《基于风力发电的最大功率跟踪控制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于风力发电的最大功率跟踪控制研究摘要：文章以直驱永磁同步风力发电机组为对象，建立了包括风力机模型、传动系统模型和发电机模型的D-PMSG数学模型，提出了风力发电机转速控制最大功率追踪算法和桨距角控制策略。运用PSCAD/EMTDC建立D-PMSG仿真模型，对风速阶跃变化时机组运行情况进行了仿真，结果验证了该模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。关键词：风力发电；直驱永磁同步风力发电机组(D-PMSG)；转速控制；桨距角控制；最大功率跟踪控制中图分类号：TM614文献标识码：A文章编号:1009-2374(201

2、1)34-0046-03风能作为一种清洁可再生能源，受到了世界各国的高度重视。为满足经济高速增长对电力供应的需求,我国发改委制定了中长期能源战略规划，力争到2020年，风电装机容量达到3000万kW将替代2200万吨标准煤，同时使我国的风电设计、制造和管理技术达到国际先进水平。因此发展风电已经是不可逆转的潮流，投资风电产业的企业目前应做的就是坚定信心，立足长运，充分研究，精心策划，积蓄力量准备迎接风电发展的高潮到来。一、直驱风力发电系统数学模型直驱永磁同步风力发电系统(DirectlyDrivenWindTurbi

3、newithPermanentSynchronousGenerator,D-PMSG)主要包括变桨距控制的风力机、永磁同步发电机(PMSG)、全功率变换器以及控制系统等四大部分。其中全功率变换器又可以分为：机侧整流器(Generator-SideRectifier,GSR)>直流环节(DC-link)和网侧逆变器(Grid-SideInverter,GSI)。直驱永磁同步风力发电系统结构图如图1所示：下面介绍一下风力机的运行特性和功率调节特性。风力机输出机械功率表达式分别为：(1)式中表示为风速(m/s)；为空气密

4、度，单位为()；为风轮的扫风半径，单位为(m)；表示风能利用系数。叶尖速比的表达式为：(2)根据风力机不同风速下控制策略和空气动力学特性可知风力机最大功率跟踪控制过程在切入风速到额定风速之间，将叶尖比表达式代入(1)式得：(3)在、、不变的情况下，由式(1)知风力机获得的机械能为的函数，而又是、的函数，由此可见，对变化的风速在确定的浆距角的情况下需要有变化的相对应，才能保证总是保持最佳叶尖速比，才能使达到最大利用系数，获得最大机械能，此时的为最佳转矩。风力机最大输出功率和最优转矩表达式为：(4)其中，在最大输出功率

5、情况下的最优转速表达式为：(6)由图2所示的功率特性可以看出在不同的风速下,功率曲线上有唯一的转速对应唯一的一个最大功率点,这对最大功率的跟踪提供了基本思想，一是找到不同风速下的最优转速作为参考值，控制发电机的转速跟踪最优转速，以保证风力机获得最大功率；二是通过找到不同风速下的最大机械能作为参考值，将发电机输出功率作为反馈量跟踪最大机械能，从而达到风能最大跟踪的目的。二、不可控模型转速控制最大功率跟踪算法基于风能的充分利用，从分析风力机运行特性出发，针对变速恒频风力发电系统的特点，研究叶尖速比控制、功率信号反馈法⑷

6、的最大风能捕获方法，总结其优缺点，本文采用转速控制风能跟踪算法。转速控制法结合了尖速比控制法和功率控制法两种控制思想，在风速变化的情况下以保持最优尖速比为目的，根据特性关系求得指定桨距角下的参考转速指令，通过dc-dc变换器利用参考转速指令控制发电机输出功率，使得发电机转速跟踪参考转速运行。转速控制算法的优点在于控制过程简单，以保持最优尖速比为条件，得到最优参考转速为控制指令，不需要得到确切的输出功率一风速曲线，使用范围广泛，克服了功率信号反馈法的缺点。（一）参考转速搜索算法由图3特性关系可知当桨距角为0,在保证的

7、最优尖速比的情况下可获得风能利用系数最大（贝兹理论极限值为0.593）,通常在小于等于额定风速情况下设定桨距角为理想值0,通过控制变流器占空比改变发电机出口等效电阻，调节发电机电磁转矩跟踪参考转速值，从而捕获风力机的最大风能。特性关系表达式⑸如下所示:(13)其中，为风能利用系数；为叶尖速比；为桨距角。参考转速搜索算法的中心思想是根据特性关系表达式，在从0〜15的范围内以0.01步长计算不同桨距角下利用系数的值，并进行比较获得最大风能利用系数和其对应的，在根据公式(6)可计算得到不同风速下的参考最优转速。最优参考转

8、速的算法流程图如图4所示，T表示尖速比，angle表示桨距角，Cp表示风能利用系数。(二)不可控模型DC-DC升压斩波(boost)回路转速跟踪控制算法图5直流连接变流器转速控制算法框图在不可控模型中，采用转速控制算法跟踪控制风力机输出的最大功率，达到风能最大利用的目的，转速控制通过直流连接环节IG盯管导通关断的占空比调节发电机出口等效电阻，实现转速跟踪参考