变速风力发电的最大风能捕获控制方法

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简述变速恒频风力发电系统的控制策略

简述变速恒频风力发电系统的控制策略一、引言随着近年来可再生能源的发展，风力发电作为其中的一种重要形式，其技术也在不断地发展。

变速恒频风力发电系统作为目前应用最广泛的一种风力发电系统，其控制策略对于提高系统效率、保证系统安全运行至关重要。

二、变速恒频风力发电系统概述1. 变速恒频风力发电系统组成变速恒频风力发电系统主要由风机组、传动装置、变速器、功率转换装置、控制器等部分组成。

2. 变速恒频风力发电系统原理变速恒频风力发电系统通过控制叶片角度和转子转速来调节输出功率。

当风速较低时，通过调节叶片角度使得转子旋转较慢，从而保证输出功率稳定；当风速较高时，则通过调节变速器使得转子旋转更快，从而提高输出功率。

三、变速恒频风力发电系统控制策略1. 整体控制策略整体控制策略是指对整个变速恒频风力发电系统进行控制。

其中包括对于叶片角度、变速器及功率转换装置的控制。

整体控制策略可通过PID控制器进行实现。

2. 叶片角度控制策略叶片角度控制策略是指通过调节叶片角度来调节输出功率。

在低风速下，系统需要保持输出功率稳定，此时需要通过调节叶片角度来实现；在高风速下，系统需要提高输出功率，此时也需要通过调节叶片角度来实现。

3. 变速器控制策略变速器控制策略是指通过调节变速器来调节转子转速，从而提高输出功率。

在高风速下，系统需要提高输出功率，此时可以通过增加变速器齿轮比例来实现。

4. 功率转换装置控制策略功率转换装置控制策略是指通过调节功率转换装置的电压和频率来实现对于电网的连接。

当系统输出过多电能时，可以通过降低电网连接频率或者增加电网连接阻抗来减少电能输出。

四、总结变速恒频风力发电系统作为目前应用最广泛的一种风力发电系统，在其控制策略方面有着多种不同的方法。

整体控制策略、叶片角度控制策略、变速器控制策略和功率转换装置控制策略都是常用的控制方法。

在实际应用中，需要根据不同的情况进行选择，以保证系统稳定运行和高效输出。

变速恒频双馈风力发电系统最大风能捕获控制

摘要：为实现双馈风力发电系统的变速恒频运行和最大风能捕获，探讨了最大风能捕获的方法，通过
提出了基于定子磁场定向的有功、无功功率解耦控制策略。通过风速变对双馈发电机动态数学模型的研究，化下的系统仿真验证了理论的正确性和可行性。关键词：双馈发电机；最大风能捕获；定子磁场定向中图分类号： TM315 文献标识码：A 6540 （ 2010 ） 03001804 文章编号：1673-
控制与应用技术EMCA
2010 ， 37 （ 3 ）

变速恒频双馈风力发电系统最大风能捕获控制
志，王清灵，朱一凡（安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南 232001 ）张
{u′ = （ R + bD） i u = － bω i {Δ Δu = a ω Ψ + b ω i
rt r rt rm s rt s s
= u′ rt + Δ u rt u′ rm = （ R r + b D ） i rm
s rm
u′ — —实现转子电压、式中：u′ 电流解耦控制的 rm 、 rt —
图2 定子磁场定向原理图
3
DFIG 励磁控制策略
因为并网后定子电压矢量 u s 等于电网电压
解耦项； — —消除转子电压、 Δ u rm 、 Δ u rt — 电流交叉耦合的补偿项。根据前面的理论分析，设计出 DFIG 定子磁链定向控制的矢量控制系统框图。如图 3 所示，控制系统为双闭环控制，外环为功率控制环，内环为电流控制环。首先由检测到的定子电压、电流 Qs ，计算出实际的定子有功、无功功率 P s 、同时系
{
P s = u sm i sm + u st i st Q s = u st i sm － u sm i st

变速风力发电机组的控制方式

转子电压和频率比例于电机转差率，随着转速变化而变化，变频器把转差频率的转差功率变为恒压、频（０）恒５ＨＺ的转差功率，送至电网。
ＰＰ— Ｐ＝Ｐ；＝１ｓｓ＝ｓＰＲｓｓＰ（－）ＰＰ— 差至电网总功率；＿
Ｐ和Ｐ【分别是定子和转子功率。广一转速高于同步速时，转差率ｓＯ转差功率流出转子，＜，经变频器送至电网，电网收到的功率为定、转子功率之和，大于定子功率；转速低于同步转速时，＞，ｓ０转差功率从电网，经变频器流入转子，电网收到的功率为定、转子输出功率之差，于定子功率。小双馈异步控制系统的运行过程系统的运行分为两个阶段：同步阶段：在此过程中风机已经开始转动，当其转速大于启动转速后，电回路先闭合，充使变频器直流电容电压升高，当电压大于８％额０定值后，转子回路主接触器闭合，并且同时断开充电回路接触器。母线电压不断升高至额定值，这时变频器逆变器开始工作，电机转子中有电流，以在定子中有电压产生，频器检测电网电压和电机定子电压，所变通过调节住转子的电压电流，使这两个电压同步，并且闭合定子主接触器，系统便完成了同步切入。运行阶段：同步切人结束后便进入正常运行阶段，这个时候通过上述的三阶段控制方法使风力发电机输出最大的额定功率。在实际运行中，变频器接收主控制传输过来的两个主要控制信号：功率因数和电机力矩。功率因数信号使变频器输入端的输入功率因数始终为１电机力，矩使风力发电系统始终随着风速变化而输出最大的额定功率。主要的控制方式可以通过矢量控制和直接力矩控制实现上述功能。双馈系统在变频器中仅流过转差功率，容量小，常按发电总功其通率的２％右选取，５左投资和损耗小，电效率高，发谐波吸收方便。由于要求双向功率流过变频器，它必须是四象限双ＰＷＭ变频器，由两套ＩＴＧＢ变换器构成，价格是同容量单象限变频器的一倍。而且只能使用双馈电机，效率较低，而且有滑环和碳刷，维护工作量较大。５永磁同步全馈风力发电控制系统．用同步发电机发电是今天最普遍的发电方式。然而，同步发电机的转速和电网频率之间是剐性耦合的，如果原动力是风力，那么变化的风速将给发电机输入变化的能量，这不仅给风力机带来高负荷和冲击力，而且不能以优化方式运行。如果发电机和电网之间使用频率转换器的话，转速和电网频率之间的偶合问题得以解决。变频器的使用，使风力发电机组可以在不同的速度下运行，并且使发电机内部的转矩得以控制，从而减轻传动系统应力。通过对变频器电流的控制，可以控制发电机转矩，就而控制电磁转矩就可以控制风力机的转速，使之达到最佳运行状态。永磁同步全馈风力发电控制系统采用永磁同步电动机作为发电机，同步电动机输出的频率和电压随转速变化的交流电，经一台双象限ＩＢＧＴ电压型交一直一交变频器接至恒压、恒频电网，如图３所示：

最大风能捕获原理

最大风能捕获原理：最大风能捕获有3 种控制算法：最佳叶尖速比法、功率反馈法和爬山法。

最佳叶尖速比控制要求实时测量风速和发电机转速，通过计算使风力机工作于最佳尖速比；然而，由于风速的多变性，增加了测量成本和控制复杂度。

功率反馈法是利用矢量变换原理，通过对双馈电机转子励磁的幅值和频率进行调节，改变电机转速，实现最大风能追踪。

该方法虽可避免对风速的测量，但操作之前必须根据实际情况设定风力机最佳叶尖速比，且其控制精度取决于系统快速性和定子有功功率的计算。

爬山法是通过实时检测风力机转速和输出功率，利用数学模型使电机工作于最大功率点，该方法的局限性在于：捕获最大功率点需要几百s 的时间，出现这一延迟严重影响了控制精度。

当风机运行在额定风速以下时其功率输出完全取决于桨叶的气动性能。

采用转速控制方式，根据风速的大小，用风速变化稳定的低频分量，配合变频器对发电机进行控制，使风机运行在最佳尖速比情况下。

当风速达到或超过额定风速后，风力发电机组进入额定功率状态。

在传统的变桨矩控制方式中，这时将转速控制切换到功率控制，变桨矩系统开始根据发电机的功率信号进行控制。

控制信号的给定值是恒定的，即额定功率。

功率反馈信号与给定值进行比较，当功率超过额定功率时，桨叶节矩就向面积减小的方向转动一个角度，反之则向迎风面积增大的方向转动一个角度。

风力机将捕获的风能以机械能的形式驱动永磁发电机，而永磁发电机的转速随着风速的变化而变化，因而发出的电能是电压和频率都变化的电能，为得到恒压恒频的电能就必须进行交直交变流，再通过滤波器滤波将逆变器输出变换成正弦波输出。

永磁同步风力发电系统不需要励磁装置，具有重量轻、效率高、可靠性好的优点。

风轮机可以和永磁发电机直接耦合，省去了其他风力发电系统中的增速箱，减少发电机的维护工作而且降低噪声。

PWM整流器可提供几乎为正弦的电流，因而减少了发电机侧的谐波电流。

直流环节并有大电容，可维持电压恒定。

电网侧串联电感可用于滤波。

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制摘要：风力发电是一种可再生能源，因此，对它的开发和利用显得尤为重要。

由于其实用、高效的特点，变速恒频风电技术在许多方面都具有很大的应用前景，并且伴随着风电技术的持续发展，它已经成为了国内外众多专家学者关注的焦点。

安全、低成本、高效的风电技术是风电技术发展的重点，而对其短时有效风速进行精确预测是实现风电系统平稳运行的关键与基础。

风电机组在运转过程中，其风场呈现出一种三维时变特性，由于各测点在风轮表面上得到的风速各不相同，因此，利用风速仪对其进行短时的风速预报并不可行。

为改善风电机组的调速性能，需对风电机组的短时风速预报进行深入的分析与研究。

关键词：变速恒频；风力发电系统；最大风能追踪控制1变速恒频风力发电概述本文介绍了一种新型的变频调速发电机的结构，并对其性能进行了分析。

双馈发电机的定子线圈与电网相连，转子线圈为三相交流变频驱动，一般采用交流-交流变换或交流-直-交变换来驱动。

双馈发电机可以在各种工况下工作，并且可以根据风速的改变来调节其旋转速度，从而保证风机始终处于最优的工作状态，提高了风力资源的利用效率。

当电机负荷或速度改变时，调整馈入转子绕组电流，就可以使定子的输出电压和频率不变，也可以调整发电机的功率因子。

2变速恒频风力发电技术重要性及其优势2.1变速恒频风力发电技术的重要性风力发电机是一种以风力为动力的风力发电机。

在整个风力发电过程中，发电系统占有相当的比重。

通常情况下，当风力发电系统的单位装机容量不断增加时，就可以从一个侧面说明风力发电机的结构存在一定的问题。

为此，需要对风力发电系统进行结构优化设计。

本项目研究成果将为风电机组的安全稳定运行提供理论依据，并为实现风电机组的高效稳定运行提供理论依据。

2.2变速恒频风力发电技术优势风力发电技术在风力发电中的应用具有明显的优势。

在风力发电的过程中，使用变速恒频的风力发电技术，能够从最大功率的角度来确保发电系统的平稳运转，不仅能够在某种程度上增加风电系统的发电量，还能够提升风电系统的运行效率。

直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪的基本控制方法

直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪的基本控制方法一、最大风能捕获控制的基本原理风能作用在风轮上，风能只有一部分可以被风轮吸收。

风力机从风能中捕获的功率Pw可表示为式中Pw——风力机从风能中捕获的风功率；ρ——空气密度；A——风力机扫风面积；v——风速；C p ——风力机的风能利用系数。

在桨距角一定的情况下，Cp是叶尖速比λ的函数，λ为式中ωw——风力机机械角速度；Rtur——风轮半径；v——风速。

在实际应用中常用风能利用系数Cp对叶尖速比λ的变化曲线表示该风轮的空气动力特性，如图7-4和图7-5所示。

图7-4 风轮气动特性（Cp-λ）曲线图7-5 永磁同步发电机不同转速从短路状态到开路状态的全特性曲线时就可以获得最大风能利当桨距角一定时，风力机运行于最佳叶尖速比λopt，此时风力机的转换效率最高，即用系数Cpmax式中ω——风力机的最优机械角速度；optλ——最佳叶尖速比。

opt成比例调节，以保持λ总在最优。

上式要求风轮机组的转速ω可以随风速v1在直驱式永磁同步风力发电系统中，风力发电机与风力机直接相连，风力发电机组的动态特性可以用一个简单的数学模型描述为——风力发电机组的转动惯量；式中Jtur——风力机的气动转矩；TturT——风力发电机电磁转矩。

em为风力机气动转矩Ttur其中式中ρ——空气密度；β——桨距角；CT——风力机转矩系数；Cp——风能利用系数。

稳态时，当风力机运行在一个最佳叶尖速比λopt 时，有一个最佳功率系数Cpopt与之对应，且转矩系数CT =Cpopt/λopt=CTopt也为常数，此时捕获的风能为最大，为式中S——风轮扫风面积。

稳态时，当忽略摩擦阻力转矩，发电机的电磁转矩应该与风力机气动转矩相等，即式（7-7）是在稳态条件下推导出来的发电机电磁转矩与转速之间的关系，它可以作为用于控制电机转矩的给定值，是发电机转速的函数。

即当风速在额定风速以下时，发电机的电磁转矩按照式（7-12）的关系控制，整个系统就能够实现最大风能的捕获，这就是额定风速以下最大风能捕获的基本原理。

基于滑模模糊方法的变速风电系统的最大风能捕捉控制器设计

第２期
谭
Байду номын сангаас
川，等
基于滑模模糊方法的变速风电系统的最大风能捕捉控制器设计
６９
根据贝兹（ｔ）理论，风轮从空气中获取的Ｂｅｚ
能量为：
∞ ）＝
则（１式可变换为１）
Ｙ，ｃ）－ｕ（￣－＝ｂｊ－
Ｐ辱７￣ｐ，）ｆｃＣ（ｃ＝ｖｖｏ
参数变化不敏感、抗扰动能力强等优点，在电力系统、交流传动、电力电子技术等领域得到了广泛的
应用。本文采用积分滑模模糊自适应控制策略。此控制策略基于带积分补偿的滑模变结构控制方案，在被控对象无法精确建立数学模型的情况下，
项和切换项进行模糊逼近，系统控制平稳，能有且
０引言
效降低抖振现象。将此控制策略应用于变速风力发电系统中，仿真结果表明，在强扰动和系统模型未
风能是一种取之不尽、用之不竭的新能源，同精确获知的情况下，控制策略可以实现风能的最此时也是一种不可控的过程性能源。能转换过程实大捕捉，且具有较强的鲁棒性，可以达到满意的控风
＝
等
（２）
这里，
＝
应。说明在任何风速下，只要使得风轮的叶尖速这
）ｐ兀等
（风速变化时，要通过发电机励磁系统来调节风轮４）只
转速，使叶尖速度与风速之比保持不变，就可获得
比，就可维持风力机在一下运行。因此，当＝

基于叶尖速比控制的风力发电的最大风能捕获分析

１ＭｕｕｄＲ．ａｅＷｉｄａｄＳｌｒｏｒｙｔｍｓｅｉｎ（能与４ｋｎｐｔ１ｎｎｏｏｗｅｓｓＪ．ＰＳｅｄｇ风
４总结．
一
图１风能利用系数ｃ与叶尖速比关系曲线ｐ风能利用系数ｃ是表征风力机效率的重要参数，ｐ是一个与风速，叶片转速，叶片直径均有关系的量。定义风力机的另一个重要参数叶尖速比入即是叶片的叶尖线速度与风速之比。，
：
。
在变速风力发电系统中，最大风能追踪是其主要的控制目标之本文对当前比较常见的几种最大风能追踪的方法进行详细的阐
Ｅ：ｌ
ｐＣｍ（ｓｐ
（）５
由（）５式可得到风轮机的输出功率Ｐｍ与转速Ｗ的特性，在不同的风速下，风力机的输出功率Ｐｍ与风轮角速度Ｗ呈非线性关系，图２如
所示气体质量，＝ｖ，一体的速度（一ｍｐｓ、气风速）ｓ一空气ｒ，Ｐｄ密度，Ｃ ’ —气流流过的截面积，ｋｍ，ｓｍ
图２风力机输出功率ＰＷ、的关系曲线与ｒｖ理论分析可以知道，风力机的输出功率是风速的立方函数关系，随着风速增加，出功率是无限大的。但是实际的变速风力发电机组受输到两个基本的限制： ① 功率限制，所有的电路及电力电子器件都受功率限制； ②转速限制，所有的旋转部件的机械强度受转速的限制。作为变速风力发电机组，一个重要的目标是追求最大限度地将风能转变为电能，以提高机组的运行效率。风力发电机组可分为三个不同的区域运行：ｃ恒定区ｐ通过对发电机的转速进行控制ｃ不断上升，ｐ直到Ｃ＝ｐａ，ｐＣｍｘ进人ｃ恒定区，ｐ这时机组在最佳状态下运行。这段区域主要是调节发电机组力矩，使转速随着风速而变化，＝实现最大风能捕获。使ｋｈ，

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制摘要：风力发电系统的形成是我国近年来注重电力体制改革背景下，强调可持续发展战略下所兴起的清洁能源发电模式。

风能是一种随机性强、爆发性高、不稳定的能源，因此在并网过程中风力发电输出功率易存在波动的现象，造成电网功率与负荷不匹配，引发停电事故。

此外，由于新型电力系统中具有大量的电力电子器件，因此对于电网的频率振荡较为敏感，这就对风力发电机的输出频率提出了更高的要求。

本文主要对变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制进行论述，详情如下。

关键词：变速恒频；风力发电；风能追踪引言随着传统化石能源如石油、天然气等的逐步枯竭，风能、太阳能、核能等清洁能源已逐步发展为当今世界不可或缺的新能源，风能更是成为位居前列的开发能源。

目前，我国已在甘肃、新疆、内蒙古以及舟山群岛等区域成功建设大型风电场，助力我国西电东送国家战略和长三角地区经济增长。

但大量的风力发电也给大电网的安全运行带来了挑战。

风力发电具有间歇性、不确定性等特征，当风电并网后若无有效的控制措施干预，将干扰火电、水电等构成的传统大电网的稳定性。

1风力发电系统原理风力发电系统由风力机、发电机、传动链、控制装置等构成，其作用是将清洁的风能转换为电能，再通过风电并网将电能传输至千家万户。

风力发电的控制装置用于应对风能的极度不确定性，是将不可控能量向可控能量传递的关键设备。

风力机是我们对风力发电系统认知的宏观产物，通常由三片桨叶组成的风轮、塔架等构成。

根据安装地点的不同，分为水平面安装的风力机和垂直面安装的风力机两种；按照控制策略不同，还可以将风力机分为定距失速、变距失速和主动失速三种类型。

发电机是连接风力机产生的机械能和电能的桥梁，风电并网有极其严苛的条件，不仅要保证并网点电压幅值相同，还需要做到并网频率相同。

风力发电机有恒速运行和变速运行两种结构，而变速运行需要与变流器组合使用才能实现。

变流器物理结构由二极管、IGBT等功率电子器件组成，通过采用先进的高性能控制算法，可以实现任何频率和幅值的风力发电与大电网相连。

风力发电机组控制系统设计-—最大功率点跟踪控制

课程设计说明书风力发电机组控制系统设计-最大功率点跟踪控制专业新能源科学与工程学生姓名喻绸绢班级能源121学号1210604122指导教师薛迎成完成日期2015年12月14日目录1。

控制功能设计要求 01。

1任务 02.设计 (2)2.1 介绍对象（风力发电系统的最大功率点跟踪控制技术研究）22.2控制系统方案 (2)2。

2.1风力机最大功率点跟踪原理 (2)2。

2.2风力机发电系统 (5)2.2.3风速变化时的系统跟踪过程 (10)3。

硬件设计 (12)4.软件设计 (15)5。

仿真或调试 (16)参考文献 (18)1。

控制功能设计要求1。

1任务能源与环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题而传统能源已被过度消耗，因此，可再生能源的开发利用越来越受到重视和关注,其中风能具有分布广、储量大、利用方便、无污染等优点是最具大规模开发利用前景的新能源之一.目前，变速恒频风力发电系统已经广泛用于实际风机中,在低于额定风速的情况下根据风速变化的情况调节风机转速，使其运行于最优功率点，从而捕获最大风能;在高于额定风速时,通过对桨距角的调节，使风机以额定功率输出。

常用最大功率捕获方法主要有功率反馈法、模糊控制法、混合控制法等。

为了充分利用风能，提高风电机组的发电总量，本文分析风机特性及最大功率点跟踪（maximum pow er point tracking MPPT）工作原理.众多的MPPT实现方法各有千秋，对于不同的应用场所各有所长，对于多种方案，需要进行大量细致的实验工作和数据分析.风能是一种具有随机性、不稳定性特征的能源，风能的获取不仅与风力发电机的机械特性有关,还与其采用的控制方法有关。

在某一风机转速情况下，风速越大时风力机的输出功率越大,而对某一风速而言，总有一最大功率点存在.只有当风力发电机工作在最佳叶尖速比时，才能输出最大功率.好的控制方法可使风轮的转速迅速跟踪风速变化，使风力发电机始终保持在最佳叶尖速比上运行，从而最大限度地获得风能.要保证最大限度地将捕获到的风能转化为电能，目前一般采用最大功率点追踪控制（MPPT）控制策略.最大功率点跟踪（MPPT)是在可变风速条件下提高风力机能量转换效率的有效方法. 变速风电系统目前一般采用最大功率点追踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）的控制策略.2。

变速恒频风力发电关键技术研究

变速恒频风力发电关键技术研究1、本文概述随着全球对可再生能源需求的不断增加，风力发电作为一种清洁可再生的能源形式正受到越来越多的关注。

变速恒频风力发电技术作为风力发电领域的一项重要技术，具有显著的优势和应用前景。

本文旨在对变速恒频风力发电的关键技术进行深入研究，为推动风力发电技术的可持续发展和优化提供理论支撑和实践指导。

本文将首先介绍变速恒频风力发电技术的基本原理，包括其概念、特点以及在风力发电中的应用。

随后，本文将重点分析变速恒频风力发电系统中的关键技术，如风力涡轮机控制策略、最大功率跟踪控制、能量转换和并网技术等。

通过对这些关键技术的深入研究，本文旨在揭示变速恒频风电发电技术的核心机理，并探索其在实际应用中的优化策略。

本文还将对变速恒频风力发电技术的发展趋势进行展望，分析该技术目前面临的挑战和未来的发展方向。

本文将对研究成果进行总结，并对变速恒频风力发电技术提出进一步的研究和改进建议，为风力发电领域的技术创新和应用推广提供参考。

2、变速恒频风力发电技术的理论基础变速恒频风力发电技术是一种先进的风力发电技术，其核心在于在风速变化的情况下调整风力涡轮机的速度以保持恒定的输出频率。

该技术的理论基础主要涉及风机特性、发电机控制理论和电力电子技术。

风力发电机的特性是变速恒频风力发电技术的重要基础。

风力涡轮机在不同风速下的功率输出特性是非线性的，受到空气密度、叶片角度、叶片形状等多种因素的影响。

为了充分利用风能，实现变速恒频发电，有必要对风力涡轮机的特性进行深入的研究和优化。

这包括通过控制叶片角度来调节风力涡轮机的速度和功率输出，以及通过优化叶片形状来提高风能转换效率。

发电机控制理论是变速恒频风力发电技术的核心。

发电机是风力发电系统中的关键设备，其控制策略直接影响系统的性能。

在变速恒频风力发电技术中，发电机需要能够根据风速的变化调整转速，以保持输出电能的频率不变。

这需要通过先进的控制算法来实现，如最大风能跟踪控制、功率控制等。

最大风能捕获风力发电系统及其仿真

维普资讯
发电机组及控０７４（）３
最大风能捕获风力发电系统及其仿真
张琦玮，蔡旭２０４）０００（海交通大学电气工程系，上海上
ＺＡｉｅ，ＣＩｕＨＮＧＱ．ｉｗＡＸ
（ｅａｔｅｔｆｌｔｃｌｎｉｅｒｇＳａｇａＪｏｎｎｖｒｔ，ｈｎｈｉ０００，ｈｎ）ＤｐｒｎｏｅｒａＥｇｅｎ，ｈｎｈｉｉｔｇＵｉｓｙＳａｇａ２０４ＣｉａｍＥｃｉｎｉａｏｅｉ
ｓａｏ－ｕｒｅｔｄｃｎｒｌｔｔｇｓｕｅｏｔｌａｔｅａｄｒａｔｅｐｗｅｆｍａｈｎｎｅｅｄｎｌｎｅｌｅｔｔｒｆｘｏｎｅｏｔｒｅｙｗａｓｄｔｃｎｒｃｉｎｅｃｉｏｒｃｉｅｉｄｐｎｅｔａｄｒａｉｌｉｏｓａｏｏｖｖｏｙｚｍａｉｌｗｉｄｅｅｇａｔｒ．Ｔｅｔｓｍｏｅｎｈｅｕｔｏｅｓｓｍｎｈａｉｉｎａｉｉｔｆｈｏｔｌｘｍａｎｎｒｃｐｕｅｈｅｔｄｌｄｔｅｒｓｌｆｈｙｔａｄｔｅｖｄｔａｄｆｓｂｌｙｏｅｃｎｒｙａｔｅｌｙｅｉｔｏ
ｓｒｔｇｒｉｅｔａｅｗｅｅｇｖｎ．ｙ
Ｋｅｒｓｄｕｌ－ｅｃｉｅ；ｓａｏ－ｕｒｅｔｄ；ｍａｉｕｎｎｒｙｔａｋｎｙｗｏｄ：ｏｂｙｆｄｍａｈｎｔｔｒｆｘｏｉｎｅｌｘｍｍｗｉｄｅｅｇｒｃｉｇ；ＡＣ－ｘｉｄ；ｅｃｔｅ

变速恒频双馈风力发电系统最大风能捕获控制

∞ — 讽力机机械角速度；Ｒ风轮半径。一
风能是一种洁净的可再生能源，力发电是风新能源中技术最成熟、具规模开发条件和商最业化发展前景的发电方式之一。风力发电技术在
对于同一台风力机，在不同时总有一个最佳叶尖速比ｐｏ对应最佳功率系数ｃ此时风ｔ。。，
ＡｎｕｉｅｓｔｆＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇｈｉＵｎｖｒｉｏｃｅｃｎｅｈｏｏｙｙ
摘要：为实现双馈风力发电系统的变速恒频运行和最大风能捕获，首先探讨了最大风能捕获的办法，其次通过对双馈发电机动态数学模型的研究，分析了基于定
ｖｌｉｎｏｒｃｎｓｆｈｅｒａｉｔａｄｃｒｅｔｅｓｅｔｏｙｄｙｏｔｈＫｅｗｏｄ：ＩｙｒｓＤＦＧＭａｉｍｎｎｒｙｃｐｕｉｇｘｍｕｗｉｄｅｅｇａｔｒｎＳａｏｕｒｅｔｄＤｅｏｐｅｏｔｌｔｔｒｘｏｉｎｅｌｆｃｕｌｄｃｎｒｏ
ｖｒｂｅｓｅｄｃｎｔｎｒｑｅｃ（Ｃ）ｎｘｍｕａｉｌｐｅｏｓｔｅｕｎｙＶＳＦａｄｍａｉｍａａｆ
ｗｉｄｅｅｇａｔｉｇｔｅｍｅｈｄｏｘｍｕｅｅｇｎｎｒｙｃｐｕｒｎ，ｈｔｏｆｍａｉｍｎｒｙ
ｌｒｅｔｄｗａｒｓｎｅｙａａｙｉｇｔｅｍｔｅｔｌｆｘｏｉｎｅｓｐｅｅｔｄｂｎｌｚｎｈａｈｍａｉａｕｃ

DFIG风电系统最大风能捕获的滑模变结构控制方法

速下，当风力机的叶尖速比达到最优值时，即可瞬时
模控制策略，对系统扰动和不确定性具有很强的鲁
棒性，且实现较为简单 Ⅱ ］．
滑模变结构是一类非常适合于处理系统不确定
性的鲁棒控制技术，将其应用于风力发电系统时，主要优点是该方法只需要获取相对较少的状态／输出
简单、实用的滑模控制策略，可实现定桨风力机最大风能的捕获，有效提高风能利用效率．首先建立起简
化的双馈风力发电系统的数学模型，将能量优化从最
（ＭＰＰＴ）策略，基于极值搜索思想，采用 “ 爬山” 算法
来使系统工作点接近于最优工作点］．基于
ＤＦＩＧ风电系统最大风能捕获的滑模变结构控制方法
张细政，刘国荣
（１．湖南工程学院计算机与通信学院，湘潭４１１１０４；２．湖南工程学院电气信息学院，湘潭４１１１０１）技术得到迅速发展，其装机容量和市场份额不断增加．随着对风电系统研究和实施的不断深入，学者们逐渐认识到控制技术对于提高风电系统性能具有越来越重要的作用，因此，深
捕获最大的风能，有效提高发电机的使用效率。风电系统控制比较复杂，具有很大的难度，主要体现在如

双馈风力发电系统最大风能控制策略研究

关键词：双馈风力发电系统；风能控制；优化策略
作者简介：于水（１９８１－），男，北京人，中国电能成套设备有限公司，工程师。（北京１０００８０）
中图分类号：ＴＭ６１４文献标识码：Ａ文章编号：１００７－００７９（２０１３）２９－０２３３ — ０２
近几年来，随着国际工业化进程的加快，全球气候逐渐变
启动转矩系数外，叶轮吸收的机械功率以及启动转矩受风速的
影响比较大。【图１为不同风速下风机的输出功率特殊曲线图，其中ｗｍ是叶轮的角速度，从图中能够看出，在相同风速下不同的转速会使
２．模糊逻辑控制
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模糊逻辑控制原理主要是通过实时改变发电机转速增量，同时检测功率变化来感知风机当前工作点，从而确定新的转速增量，利用这样的搜索，使工作点稳定在当前风速下的功率曲线
０９１０）２０）３ ∞
二、双馈风力发电系统的风能控制研究
主要是电子技术以及矢量变换控制技术、微机信息处理技术在发电技术中的综合应用。到目前为止，为提高双馈风力发电机组的工作效率，在控制方法上主要有爬山法、功率信号反馈控制以及叶尖速比等方法。然而，上述几种方法几乎都忽略了双馈发电机组本身的效率。也就是说，即使风机能够捕获到比较大的风能，但是发电系统对电网输出的有功功率还是会随着电机效率的不同而出现差异。因此，本文在风机如何捕获最大风能的基础上提出了双馈风力发电机组的风能控制策略。

永磁同步电机最大风能捕获,矢量控制原理公式。

永磁同步电机（PMSM）是一种常见的电机类型，具有高效、高精度和快速响应的特点。

矢量控制是永磁同步电机的一种常见控制策略，它通过对电机的电流和电压进行解耦控制，实现对电机转矩的高效控制。

最大风能捕获通常是指风力发电系统中，通过控制风力发电机组的运行状态，使得风能得以最大程度地转化为电能。

具体来说，当风吹向风力发电机时，风能将带动风力发电机旋转，进而通过发电机将机械能转化为电能。

为了实现最大风能捕获，需要对发电机的转速和功率进行控制，使得发电机在最佳状态下运行，从而最大化风能转化为电能。

矢量控制原理公式如下：
1. 定义：矢量控制是一种通过坐标变换将三相交流电机转化为直流电机进行控制的策略。

2. 公式：假设电机三相电流为ia、ib、ic，将它们通过Clarke变换转换为
dq坐标系下的电流Id、Iq，然后通过Park变换转换为同步旋转坐标系下
的电流Iα、Iβ。

通过控制Id、Iq或Iα、Iβ，可以实现电机的转矩和磁通解
耦控制。

3. 目的：矢量控制的目的是通过解耦控制，实现对电机转矩的高效控制，从而提高电机的性能和效率。

需要注意的是，具体的矢量控制算法和实现方式可能因不同的电机和控制策略而有所差异。

在实际应用中，需要根据具体的电机和控制需求进行相应的设计和优化。

风力发电机捕获风能的原理

风力发电机捕获风能的原理风力发电机是一种利用风能转换为电能的装置。

它的工作原理基于风的动能与机械能的转换。

当风流经过风力发电机的叶片时，风的动能被转换为叶片上的机械能，而叶片与发电机中的发电机转子连接，通过转子的旋转运动产生电能。

风力发电机的基本部件包括塔架、叶片、发电机和控制系统。

塔架是风力发电机支撑结构，将发电机安装在合适的高度以便捕获更大的风能；叶片则是核心部件，负责抓住风并将风的动能转换为机械能；发电机则将机械能转换为电能，输出可用电流；控制系统则用于监测风力发电机的工作状态，并对发电机进行调节和保护。

风力发电机的原理可以从叶片转动、风能捕获和发电过程三个方面进行阐述：首先，当风流经过风力发电机的叶片时，叶片会受到风的冲击而开始旋转。

这是因为叶片上的空气承受了风的冲击力，使得叶片所在的位置的气体密度比背面低，从而产生了强烈的压力差，导致叶片开始旋转。

其次，随着叶片的旋转，风的动能被转化为叶片上的机械能。

当风力作用于叶片时，叶片会以某个角度迎风，从而使得气体受力更大。

然后叶片将这种力转化为旋转运动，这样就将风的动能转换为叶片上的机械能。

这个转换过程类似于踩车的原理，只是方向相反。

最后，叶片与发电机转子相连，通过转子的旋转运动产生电能。

风力发电机的核心组成部分是发电机，其中的转子与叶片相连。

当叶片旋转时，转子也会跟随旋转。

转子通过磁场变化感应出电荷，从而产生电流。

这个电流经过输电线路传输后，可以供电给家庭、企业和工厂等地。

风力发电机捕获风能的效率取决于多种因素，例如风速、叶片材质和数量、发电机的转子设计等。

风速越高，风能转化的机械能越大，因此需要选择适当的地点来布置风力发电机。

叶片的材质和数量也会影响风力捕获的效果，一般采用轻质但坚固的材料，并且增加叶片的数量可以增加受风面积，进而提高风力捕获效率。

此外，发电机的转子设计也要合理，以充分利用机械能转化为电能。

总之，风力发电机是通过将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的装置。

最大风能捕获原理

最大风能捕获原理：最大风能捕获有3 种控制算法：最佳叶尖速比法、功率反馈法和爬山法。

最佳叶尖速比控制要求实时测量风速和发电机转速，通过计算使风力机工作于最佳尖速比；然而，由于风速的多变性，增加了测量成本和控制复杂度。

功率反馈法是利用矢量变换原理，通过对双馈电机转子励磁的幅值和频率进行调节，改变电机转速，实现最大风能追踪。

该方法虽可避免对风速的测量，但操作之前必须根据实际情况设定风力机最佳叶尖速比，且其控制精度取决于系统快速性和定子有功功率的计算。

当风机运行在额定风速以下时其功率输出完全取决于桨叶的气动性能。

采用转速控制方式，根据风速的大小，用风速变化稳定的低频分量，配合变频器对发电机进行控制，使风机运行在最佳尖速比情况下。

当风速达到或超过额定风速后，风力发电机组进入额定功率状态。

在传统的变桨矩控制方式中，这时将转速控制切换到功率控制，变桨矩系统开始根据发电机的功率信号进行控制。

控制信号的给定值是恒定的，即额定功率。

功率反馈信号与给定值进行比较，当功率超过额定功率时，桨叶节矩就向面积减小的方向转动一个角度，反之则向迎风面积增大的方向转动一个角度。

永磁同步风力发电系统不需要励磁装置，具有重量轻、效率高、可靠性好的优点。

风轮机可以和永磁发电机直接耦合，省去了其他风力发电系统中的增速箱，减少发电机的维护工作而且降低噪声。

PWM整流器可提供几乎为正弦的电流，因而减少了发电机侧的谐波电流。

直流环节并有大电容，可维持电压恒定。

电网侧串联电感可用于滤波。

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制发布时间：2021-01-27T02:31:36.116Z 来源：《中国电业》（发电）》2020年第24期作者：王斌[导读] 文以变速恒频风力风电机组为例，对其最大风能追踪的总控制与矢量控制过程进行了分析。

甘肃龙源风力发电有限公司兰州 737000摘要：随着科技进步，社会不断发展，同时伴随着环境污染的严重，不可再生能源的减少，政府开始实行并坚持可持续发展战略，有效利用清洁能源，重点发展对可持续能源的利用，例如风能，水能，太阳能等。

伴随着风力发电的盛行，全面提升风力发电机组的运行可靠性和稳定性成为风力发电技术研究的热点问题，最大风能追踪控制成为研究的重点。

文以变速恒频风力风电机组为例，对其最大风能追踪的总控制与矢量控制过程进行了分析。

关键词：变速恒频；风力发电系统；最大风能追踪控制；可再生能源一、变速恒频风电机组1.1变速恒频风电机组风能已成为电力系统增长最快的绿色能源和全球发展最快的可再生能源。

变速恒频风电作为20世纪逐渐发展起来的全新的发电形式，其最大风能追踪控制成为了现在众多学者研究探讨的重要对象。

同时，在现代，变速恒频风电机组已经成为了主流的风力发电机组。

当风速处于额定风速以下时，对于变速恒频风电机组而言，尽可能的提高能量转换效率是主要的目标，这主要通过发电机转矩的控制，使机组变速运行来实现。

变速恒频风电系统的矢量控制图如图一所示。

目前，变速恒频风电机组作为主流的风力发电机组，风电机组有不同于通常机械系统的特性：风电机组的动力源是不可测的自然风能，其发电系统最大风能追踪控制成为了核心问题，同时也是最难解决的问题，是众多学者讨论研究的热点，也是本文要阐述的核心问题。

图1 变速恒频风电系统的矢量控制图1.1.1简介交流励磁变速恒频发电在风力﹑水力等可再生能源的开发利用中发挥作用巨大，得到了极大的重用，尤其在风力发电中得到了广泛的应用。

与恒速恒频发电技术相比，变速恒频风力发电技术具有显著的优越性，首先极大的提高了风能转换效率，显著降低了由风施加到风力机上的机械应力，减少了能源的损耗；其次通过对发电机输出的有功功率得控制来合理调整电磁转矩与转速，使电机转速改变，从而在风速变动的情况下确保最佳叶尖速比的恒定，实现了变速下的恒频运行，通过矢量变换控制还能实现输出有功和无功功率的解耦控制，提高电力系统调节的灵活性和动﹑静态稳定性。