双馈式风力发电系统最大风能跟踪控制的研究.pdf

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1、第26卷第1期电力科学与工程Vol。26．No．12010年1月ElectricPowerScienceandEnlgineeringJan．，2010双馈式风力发电系统最大风能跟踪控制的研究陈思卓，郭鹏，范晓旭(华北电力大学控制与计算机工程学院，北京102206)摘要：由于双馈式变速恒频风力发电系统其转子转速具有可调性，所以可通过调节发电机转子转速以获得最大风能。首先介绍风轮机的功率特性，列举两种现有的最大风能跟踪控制算法，其中着重分析常用的变步长爬山法，随后以双馈式发电机为例，提出把黄金分割法应用于最大风能追踪的设想，最后采用MATLAB软件对3种算法进行仿真对比。仿真结果表明，黄

2、金分割法具有可行性，在风能追踪精度与速度上具有优越性。关键词：风力发电；最大风能追踪；双馈式变速恒频；变步长爬山法；黄金分割法中图分类号：TK8文献标识码：A速下时，节距角是固定的，因此只需讨论Cp与的0引言关系即可。它们的关系如图1所示。通过图1可知，存在一个最优的叶尖速比，能使风能利用系风力发电系统主要分为双馈式变速恒频和恒逮匿数取得最大值⋯。而叶尖速比为频两类。对于恒速恒频风力发电系统，双馈式变速恒：——(L2)V频具有以下优点”：能跟踪风速的变化调节发电机式中∞为风力机旋转的角速度；为风轮的半径；v的转速，使风力机叶尖速比处于最优状态，从而追踪为风速。由图1、式(2)可知，当风

3、速一定时，可最大风能；双馈式发电机交流励磁装置只需供给转差通过调节风力机的转速使达到最优值，风力机的功率，大大减少了对变频器容量的要求；能通过调节输出功率最大。产生的无功功率来调节电网功率因数，从而改善风电机组及所并电网系统的动静态运行特性。双馈式变速恒频风力发电系统的最大功率运行控制，就是要通过调节发电机的励磁电压，改变发电机的运行速度，从而间接地调节风力机的运行速度，使风力机的叶尖速比处于最优值，从而追踪最大风能。常用的追踪方法难以达到较好的追踪效果，而黄金分割法是最优化方法中对极值点搜索较精准的算法，对最大风能的追踪具有颇为理想的效果。图1风能利用系数Cp与叶尖速比的关系Fig．

4、1Relationshipbetweenwindenergyutilizationcoefi-1风力机运行特性cientandthetip—speedratiol2双馈变速恒频风力机在额定风速下常用本文研究的是风速小于额定风速下的情况，即：的最大功率追踪策略l：pC~SV(1)风能利用系数Cp不是一个常数，它随叶尖速比目前，常用的风力机最大功率追踪方法有：叶以及风力机叶片节距角的变化而变化，在额定风尖速比查表法和爬山搜索法。收稿日期：2009-08-12。作者简介：陈思卓(1984一)，男，华北电力大学控制与计算机工程学院硕士研究生，E-mail：chensizhuol@163．com

5、。2电力科学与工程叶尖速比法的实现可由式(2)推导出来：的差值，当功率追踪点靠近功率最大值附近时，易~opt：竿(3)出现前后两次搜索点在极大值两侧，且后点比前点更靠近极大值的现象。当此现象出现时，易产生多式中为风机最优叶尖速比值；(-／)opt为理想情况下余搜索步骤，甚至出现最终搜索点离极大值点更远风机对应风速下的最优机械角速度。的情况。此现象的简图如图3所示。查表法要求有准确的风速信号。风力机周围气流受叶片扰动较大，只有将风速传感器安装在离风机较远的地方，但传感器处与风机处的风速又有一定误差。图2中，为最优叶尖速比值。芝褥图2叶尖速比法框图电机旋转角速度／(tad‘S)Fig．2A

6、ctdiagramoftip-speedratio图3风速为7m／s时的功率曲线Fig．3Powercurveinwindspeedof7m／s爬山法是为了弥补前种方法的缺点而提出。它无需测量风速，也不需要事先知道具体风轮机的功设A点为变步长爬山法搜索过程中的一点，B率特性，而是施加人为的扰动，然后通过测量功率点为下一步的搜索点。由图4可知，B点对应的功的变化来自动搜索发电机的最优转速点。后来发率和电机转速均大于A点，由式3可得，其为正现：当将要搜索到最大值时，由于步长固定，发电值，下一个搜索点将出现在B点的右侧，而极大机转速经常在最大值左右来回摆动，无法达到最终值点是在A，B两点之间

7、。当出现此种情况后，会的功率最大值，并且发电机转速频繁的变化也会影增加不必要的搜索步骤，拖延最大风能追踪的时响发电机的使用寿命。针对此问题，又出现了后来间，并且最大风能追踪值也不能较好地趋近最优值。的变步长爬山搜索法。其实现方法如下：首先，在相隔的控制周期3黄金分割法对风机最大功率的追踪(个PWM脉冲)间隔n—l和对风机功率尸T和风机机械角速度∞t进行采样，计算风机功率对风机角黄金分割法又叫0．618法，它与Fibonacci法速度的斜率dPJ