变速恒频风力发电系统最大风能跟踪控制的研究(三种方法).pdf

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1、研究与开发变速恒频风力发电系统最大风能跟踪控制的研究闫永勤乔明林飞胡广艳郑琼林（北京交通大学电气工程学院100044）摘要变速恒频机组可以根据风速调整发电机转速以获得更大的风能。本文首先介绍了风轮机的功率特性，然后比较了三种现有的最大风能跟踪控制算法的优缺点。以感应发电机为例，研究了一种用于最大风能跟踪的变步长爬山法，并采用MATLAB软件进行了仿真实验，仿真结果表明了该控制策略的正确性和可行性。关键词：风力发电最大风能跟踪变速恒频感应电机ResearchonControlStrategyofMaximumpowerPointTrackingofVSCF

2、WindGenerationYongqinYan,MingQiao，FeiLin,GuangyanHu，TrillionQZheng（SchoolofElectricalEngineering,BeijingJiaotongUniversity,Beijing,China100044）AbstractVariablespeedconstantfrequencywindturbinescangetthemaximumpowerbyadjustingtherotorspeedoftheinductiongeneratoraccordingtothevaria

3、blewindspeed.Thepowercharacteristicofwindturbineisintroducedinthispaper,thenadvantagesanddrawbacksofthethreetypesofexistingmaximumwindpowerextractionalgorithmsarecompared.Foraninductiongeneratorasexample,avariablestepmountainclimbalgorithmformaximumpowerpointtrackingisstudiedandt

4、hewindturbinemodelistestedbyMATLABsimulation.Systemsimulationresultshaveconfirmedthefunctionalityandperformanceofthismethod.Keywords:windgeneration，maximumpowerpointtracking，variablespeedconstantfrequency，inductionwindgenerator应电机或永磁同步电机。风电机组的转速随着风速1引言不断变化，因而发电机频率也随之变化。通过双边风力发电作为

5、一种新型的可再生能源，是世PWM变换器把这种频率变化的电能转变为与电网界范围内增长最快的一种能源形式，具有环境友相同的恒频电能。双边PWM变换器包括两个PWM好、技术成熟、全球可行的特点，在世界各地正变流器，二者通过直流电容相连，除能量流动的方[2]得到越来越广泛的应用。目前主要有恒速恒频和向相反外，在结构上完全相同。变速恒频两种风力发电方式。自20世纪末发展起风轮机产生的功率与风速和发电机转速密切来的变速恒频技术相对于传统恒速恒频风力发电相关，且在一定风速下存在一最优转速点，使得技术可以实现最大风能的捕获，提高输出功率，风力机的功率最大。因此对风能系统

6、而言，如何[1]并减少机械应力和转矩脉动。根据风速的变化对发电机转速进行控制以使风轮典型的全功率变流器型变速恒频风力发电系统机捕获到最大的风能，对风能系统的整体效率有如图1所示，该系统由风轮机，发电机和一个“背靠相当大的影响。因此最大风能跟踪控制方法成为背”式的PWM变换器组成，其中发电机通常采用感提高风力发电效率的一个关键因素之一。142006年第11期研究与开发当风轮机特性已知而且风速可测时，可以采PWMPWM用最佳叶尖速比法。根据图3所示的风轮机功率特风轮机变流器变流器变压器性，可以事先确定每一风速下的最佳的叶尖速比发电机电网λ*。然后实时测量实际

7、风速和机组转速，并调节*图1变速恒频风力发电系统的框图发电机转速维持实际的λ等于λ，从而获得最大风能。其控制框图如图4所示。由于风速的随机性2风力机的基本理论和不确定性，实时测量风速会增加系统的成本和根据贝兹(Betz)理论，风轮机实际得到的功率实际执行的难度，其精度也难以保证。与风速的三次方有关。在风速v下运行时，单位V:风速(m/s)[3]Pmax时间内捕获的风能为10m/s3,P(KW)9m/sPS=0.5ρCν（1）Tp功率8m/s式中：37m/sρ——空气密度（kgm/）；S——风轮的扫5m/s6m/s24m/s掠面积(m)；C——风能利用系数

8、，反映了风轮p05101520253035404550机利用风能的效率，它是叶尖