小型风力发电系统控制策略研究

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1、《电气开关》(2012．No．4)57文章编号：1004—289X(2012)04—0057一o4小型风力发电系统控制策略的研究方宁(湖南铁道职业技术学院电气工程系，湖南株洲412001)摘要：简要介绍了小型风力发电系统的基本结构和工作原理，对小型风力发电系统的控制策略进行了概述，其中包括能量优化管理集成控制策略、扰动法最大功率控制、三点比较法控制。关键词：小型风力机；控制策略；三点比较中图分类号：TM71文献标识码：BStudyonControlStrategyoftheSmallWindPowerSystems

2、FANG(ElectricalEngineering，HunanRailwayProfessionalTechnologyCollege，Zhuzhou412001，China)Abstract：Thepaperintroducesthebasicstructureandoperatingprincipleofasmallwind—powergenerationsystembriefly，theninvestigatesthecontrolstrategyofthesmallwind-powergeneration

3、system，includingenergyoptimizationmanagemen，maximtlmpowercontrol，stateaveragingmethod-basedmodelingandthreepointcomparingmanagemen．Keywords：smallwindturbine；controlstrategy；threepointcomparison电阻限速相结合方式，从而简化系统结构，降低成本，1引言提高运行可靠性。近年来，小型风力发电机组推广应用范围不断扩大。除了传统的广大农牧

4、区用户应用小型风力发电机组照明看电视以外，由于汽油、柴油价格飞涨，且供应渠道不畅通，内陆、江湖、渔船、边防哨所、部队、气象、微波站等使用柴油发电的用户，逐步改用风力发电或风光互补发电。此外，生态环保公园、林荫小道、别墅庭院等地方，也购买安装小型风力发电机，作为景观，图1小型风力发电机结构供人们休闲欣赏¨。本文对小型风力发电机的三种2．2能量流动分析控制策略进行了研究。小型风力发电系统中风力机捕获能量的传递方向始终是单向的，而发电机输出电能的流向根据外电路2能量优化管理集成控制策略]的变化有不同的方向。蓄电池的能量流

5、动为两个方2．1系统构成向，依据外电路的不同可以工作在充电或放电状态，蓄独立运行的小型风力发电系统一般包括能量产生电池的充电和放电过程根据负载情况的不同随机进行环节、能量存储环节、能量消耗环节3部分。该系统采动态调节。由于风能和负载的随机性，为最大限度地用定桨距风力机直接耦合永磁同步发电机方式，在二利用风能及保证蓄电池的合理工作状态，集成控制方极管整流桥和蓄电池之间插入DC／DC变换器实现能案将根据系统的工作状态，合理调度能量流动。系统量控制。整个系统不使用测风速装置，发电机转速根运行时，风力发电机输出功率P负载消

6、耗功率P和据输出交流电压的频率或幅值与转速之间对应关系测蓄电池可以接受的充电功率P，三者之间关系及相应量。风力机超速保护采用机械折尾翼限速与电气耗能的控制模式见表l。58《电气开关》(2012．N0．4)表1小型风力发电机能量流动关系行叠加，形成斩波器控制信号；控制器输出是通过在正弦波信号的极大点和极小点时刻分别对输出电流采样，利用采样值差的积分产生的。0．0破d0．51．0——一占空比2．3工作状态转换图3小型风机的输出特性随着风速和负载不断变化，上述8种工作状态之最大功率控制扰动法的基本原理如图4所示，设间相互

7、转换，通过检测对应的电压和电流可判断系统正弦波扰动信号的幅值为d，角频率为，当系统工所处的工作状态，图2给出了小型风力发电系统的工作A区时，假定系统工作在a。点，其对应的占空比为作状态转换关系。由于工作状态转换是在能量合理调d。，正弦波信号产生的扰动量在d和d：之间连续变度的基础上完成的，而工作状态又包含最大功率跟踪化，则此时瞬时占空比d为：控制、负载跟踪控制、蓄电池充放电控制及发电机超速d=do+dsin()保护控制等控制模式，该能量优化管理集成控制方案可以提高系统能量转换效率及改善蓄电池的工作状IlPl‘／，，

8、一厂、·厂＼-／／况，从而实现小型风力发电系统的优化及可靠性运行。＼＼只／A．有风B．无风a．风速增大02"4竹一d1b风速减小d-占空比cl负载小fd．负载大／一、!／、l／’v一．蓄电池电压低?U一卜l2'1>v+．蓄电池电压高i一、一<图4最大功率扰动法控制原理在输出电压恒定时，输出功率与输出电流成正比，当测得来自电流检测回路的电流时，d。由下式决定：