双馈风力发电机最大风能追踪策略的研究

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双馈风力发电系统最大风能追踪控制

，
因此受到了世界各国的重视，风力发电也获得了
时追踪最佳功率曲线，是一种改进的最大功率点跟
踪算法（）ＭＰ。
更多的优惠政策和资金支持。目前大型变速恒频风
—■
ＣｌａｅｇｅｎＥｎｒｙ
７２
苏平等：双馈风力发电系统最大风能追踪控制
本文通过分析风力发电系统风速与风力机功率的数学关系以及双馈电机的运行特性，在ＭＰ和ＰＴＴＲＳ算法的基础上，结合ＤＩ参考转速实时计算方ＦＧ
，、５口＝８。
／。二＼
— 、
法以及定子磁链定向矢量控制，提出了一种转速、电
要实时测量风力机输出功率和风力机转速，并且测
０引言
风力发电是新能源中技术最成熟的发电方式之
一
量时间往往影响控制精度；献［０提出了通过控文１１制发电机输出有功功率来调节电磁转矩和转速。在
风速变动情况下保持恒定的最佳叶尖速比．从而实
正确性
ｓａｃｉｇＨＣ１ＨＣｅｒｈｎ，Ｓ，Ｓ控制法是通过实时测量风力
机转速和输出功率，利用经典数学寻优方法跟踪最
关键词：力机；大风能追踪；风最双馈发电机；量控制矢
大输出功率点，方法避免了测量风速的问题，该但需
ＳｔｄｙｏａｉｉｍｉｄＥｎｒｙＴｒｃｎｆＤｏｂｌ —ＦｅｕｎＭｘｍｌＷｎｅｇａｋｉｇｏｕｙｄＷｉｄ－ＰｏｒＧｅｒｔｏｙｓｅｎｗｅｎｅａｉｎＳｔｍ

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制无刷双馈风力发电机（Brushless Double-fed Wind Power Generator，BDWG）由于其具有高效、稳定、可靠的特点，在风电发电产业的快速发展中得到了广泛应用。

其核心部件是无刷双馈电机（Brushless Double-fed Induction Machine，BDFIM），由于其内外转子之间通过转子侧电容连接，使其具有一定的电磁转矩特性。

因此，在BDWG中基于实时控制的电压源逆变器的功率控制策略中，可以通过控制转子的电压和电流使得BDFIM适应风机不同的转速变化（也即风速的变化）现象，从而在风力发电过程中实现良好的功率控制性能。

本文旨在对BDWG的设计原理和控制策略进行分析和探讨，主要从以下几个方面进行讨论。

1. BDWG的设计分析（1）结构和工作原理BDWG由涉及双馈电机转子部分（即有刷子组合，转子侧电容器等）和无刷直流电机（一般用于调节转子电容器电压的空间矢量调制控制）经由转子上的能量转换器进行变换，在输出端带有无功功率控制的PWM逆变器进行功率输出。

BDFIM相较于一般异步电机，其内部转子电流被划分为主磁通和次磁通两个部分，转子上的电容器则通过变压器与电网连接。

在风机转速发生变化时，由于双馈电机的特殊结构，主磁通和次磁通之间会产生一定的漏电感，从而使得转子上的电流产生相应的变化。

（2）参数设计和优化在BDWG的设计上，关键的参数设计主要包括了转子电容器的容量、变压比等。

为了实现风能的最大利用效率，需要在保证性能的前提下尽可能减小转子电容器的容量，同时在变压器的设计上注重其高效、轻便的特性。

以上两者则需要依据技术手段来进行有效的优化设计。

2. BDWG的控制策略（1）转子电压交换控制BDWG的控制策略之一是通过转子侧的能量转换器实现交换控制，从而在转速变化的情况下实现电极磁势的平衡控制。

该控制策略主要由节拍控制和逆变控制两个部分组成，其中节拍控制主要通过时序触发器和计数器实现；逆变控制则主要通过高功率开关管实现，其控制基础是PWM控制。

双馈风力发电机最优控制方法研究

ｒｆｒｎｅｒｐｄｙａｄｒｄｃｔｕｔａｏｉｕｔｎｏｓｖＡｉｅｒｑａｒｔｐｉａｏｔｏｌｒｉｅｅｅｃａｉｌｎｅｕｅｉｆｃｕｔｎｓｓｌｉｍｌｅｕｌｌａ－ｕｄａｃｏｔａｎｉｍｌｎｒｌｓｃｅｄｖｌｐｄｂｓｄｏｅａｇｎｅｅｔｒｃｎｒｌｙａｃｍｏｅｆｄｕｌ－ｅｄｃｏｅｅａｏ．ｅｅｏｅａｅｎｔｕｍｅｔｄｖｃｏｏｔｎｍｉｄｌｏｂｅｆｄｉｕｔｎｇｎｒｔｒｈｏｄｏｎｉ
大电机技术
３７
双馈风力发电机最优控制方 Байду номын сангаас研究
范普成，王长松㈡匕京科技大学机械工程学院，北京１０８００３）
［摘要］大型并网风力发电机运行中要求发电机功率输出能快速跟踪给定值且电功率波动最小。本文在双
ｃｎｏ；ｅｔｒｏｔｌｏｔｌｖｃｏｎｏｒｃｒ
引言
风能作为一种可再生清洁能源，成为当今解决环境恶化、能源短缺问题最有效的途径之一，风力发电技术也日益被重视并得到了快速发展。目前大型并网风力发电机大都采用变速恒频（ａｉｂｅＳｅｄＶｒｌ．ｐｅａＣｎｔｎ．ｒｑｅｃ，Ｃ）制策略，低于额定风速阶ｏｓｔｅｕｎｙＶＳＦ控ａＦ段控制发电机的反力矩使风轮转速跟踪风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高于额定风速阶段通过改变桨叶节距角储存或释放部分能量，提高传动系统的柔性，输出功率更加平稳【。馈感应发电机使】双】具有机械应力小，噪音水平低，合宽范围变速运行，适可进行有功功率和无功功率独立调节，所需逆变器容

永磁同步风力发电机最大功率跟踪技术研究

２不控整流升降压斩波电路分析
以Ｂｃ — ｏｓＣｏｐｒｕｋＢｏｔｈｐｅ电路为例进行分析，如
流电压。与峰值线电压。。的关系为：
０２０
寺ｇａ ÷ 三ｌｋｉＳｐｉｅ
机定子相电压的关系为：
Ｃｏｐｒ电路的基础上，对其进行反向应用，推导出永磁同步风力发电机功率和Ｂｃ－ｏｓｈｐｅｈｐｅｕｋＢｏｔＣｏｐｒ
电路ＩＢ（缘栅双极晶体管）占空比的关系式。采用爬山搜索法对风力发电机最大功率进行搜索，ＧＴ绝
９一
电工电气（０Ｎ．２１ｏ５１）其中：Ｐ为空气密度，单位为ｋ／３为风机叶ｇｍ；Ｓ
片扫过的面积，单位为；为风速，单位为ｍｓ／；Ｃ
永磁同步风力发电机最大功率跟踪技术研究
图２中、Ｅ、Ｅ为发电机ａ、ｃ相定子感。、ｂ三应电动势；以、、与、Ｒ、Ｒ为发电机定子电。抗与电阻；ＸＸ＝ｂＬ与ＲＲ＝ａＸ＝＝；、为发电
通过对Ｂｃ — ｏｓＣｏｐｒｕｋＢｏｔｈｐｅ电路ＩＢ（缘栅ＧＴ绝
累，形成了以下几种常用的最大功率控制方法：风机转速计算出叶尖速比并构成叶尖速比闭环控制系统，如能一直保证＝作在最大功率点。也就保证了系统工
种是永磁同步风力发电机（ＭＷ）ＰＳＧ。双馈异步风力

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制无刷双馈风力发电机是一种新型的风力发电机，其设计与控制技术对于提高风力发电机的效率和性能具有重要的意义。

本文将围绕无刷双馈风力发电机的设计原理、分析方法以及控制技术展开探讨，旨在提高读者对于这一新型风力发电技术的理解。

一、无刷双馈风力发电机的设计原理无刷双馈风力发电机是在传统的双馈风力发电机基础上进行了改进，其设计原理主要包括无刷化技术和双馈技术。

无刷化技术是指将传统双馈风力发电机中的差动转子绕组和励磁绕组由刷子式调速器改为电子式调速器，从而实现了发电机的无刷化运行，即无需使用碳刷和滑环，减少了摩擦损耗和维护成本，提高了发电机的可靠性和稳定性。

双馈技术是指在发电机的转子上设置一个差动绕组和一个励磁绕组，分别接通到转子外的两个变频器上，这样可以实现发电机的双馈运行，从而提高了发电机的自起动能力和低速区的发电效率。

无刷双馈风力发电机不仅具备了传统双馈风力发电机的优点，还具有了无刷化的优势，使得其在风力发电领域具有了更广阔的应用前景。

1. 发电机的结构设计无刷双馈风力发电机的结构设计主要包括转子结构、定子结构和冷却系统。

在转子结构设计上，需要考虑差动绕组和励磁绕组的布局，以及电子式调速器和转子温度的控制。

在定子结构设计上，需要考虑定子绕组的布局和传热系统，以及发电机的外部接线和绝缘系统。

在冷却系统设计上，需要考虑发电机在不同工况下的热特性，选择合适的冷却介质和冷却方式，以确保发电机在长时间运行中不会因发热而出现故障。

2. 发电机的电磁设计无刷双馈风力发电机的电磁设计是其设计的关键部分，主要包括磁场分析、电路设计和电磁计算。

在磁场分析中，需要通过有限元分析软件对发电机的磁场进行分析，以优化磁路设计和减小磁损。

在电路设计中，需要根据磁场分析结果设计差动绕组和励磁绕组的电路，以实现双馈运行和无刷化控制。

在电磁计算中，需要进行电磁场和热场的耦合计算，以验证发电机设计的合理性和可靠性。

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。

风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术研究

风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术研究一、概述随着全球对可再生能源需求的日益增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已经在全球范围内得到了广泛的关注和应用。

风力发电系统的核心技术之一便是双馈感应发电机（DFIG）的矢量控制技术。

这种技术对于提高风能利用率和系统稳定性具有重要意义，对双馈感应发电机矢量控制技术的研究具有重要的理论和实践价值。

双馈感应发电机是一种变速恒频风力发电技术中的关键设备，其工作原理是利用风能驱动发电机转子转动，从而产生交流电。

由于风速的波动和不确定性，给风力发电系统的稳定运行带来了一定的挑战。

为了解决这个问题，双馈感应发电机矢量控制技术应运而生。

这种技术通过精确控制发电机的电流和电压的相位和幅值，实现对发电机输出功率的精确控制，从而优化风力发电系统的运行效率。

目前，双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中得到了广泛应用。

仍然存在一些问题需要解决，如控制策略的优化、不同风速下的控制效果、以及控制过程中可能出现的振荡等问题。

对双馈感应发电机矢量控制技术进行深入研究，具有重要的现实意义和理论价值。

本文旨在对风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术进行深入研究。

通过对双馈感应发电机的数学模型、控制策略、以及仿真实验等方面的分析，探讨双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中的应用及其优化。

本文的研究结果将为提高风力发电系统的效率和稳定性，推动风力发电产业的可持续发展提供有益的参考和借鉴。

本文还将关注双馈感应发电机在电网电压不对称条件下的运行问题。

电网电压的不对称性可能会对双馈感应发电机的运行产生不良影响，研究电网电压不对称条件下的双馈感应发电机矢量控制技术具有重要的实践意义。

通过对正序和负序定子磁链进行定向，推导出适应于电网电压不对称条件下的励磁矢量控制策略，实现对转子负序电流的有效控制，从而提高风力发电系统在电网电压不对称条件下的运行稳定性。

本文将全面分析双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中的应用，探讨其优化方法，以及解决电网电压不对称条件下的运行问题。

2MW双馈式风电机组最大功率追踪控制研究

追踪控制研究
２ＭＷ双馈式风电机组最大功率追踪控制研究
席文飞，刘峰２，孙彪，张佩（．内蒙古电力科学研究院，呼和浩特００２；１１００
２．内蒙古工业大学电力学院，呼和浩特００８）１００
ＤＦＧ０ｘｍｐｅｈｅｉｌｔｎＩｆｒｅａｌ．ｔｓｍｕａｉｍｏｅｓｅｅｏｅｕｉｇＳｏｄｌｉｄｖｌｐｄｓｎＰＣＡＤ／ＴＥＭＤＣａｅｎｈｂｓｄｏｔｅｓａｏ－ｕ．ｒｅｔｄｖｃｏｏｔｏｔｏ．ｉｇｔｅａｔｎｏａｉｂｅｐｔｈｃｎｒｌｎｅａｔｅｔｔｒｆｘｏｉｎｅｅｔｒｎｒｌｌｃｍｅｈｄＵｓｎｃｏｆｖｒａｌ．ｉｏｔｄｔｃｉｈｉａｃｏａｈｖｐｗｅｏｔｏｏｃｎｏｅｒｔｔｐｅｄｒｃｌｄｔｅｘｍｕｏｒ．ｈｅｕｔｆｏｒｃｎｒｌｔｏｔ１ｔｏａｅｓｅｄｉｉｅｔａｏｇｔａｍａｉｍｐｗｅＴｅｒｓｌｏｒｈｎｙｎｓ
［摘要］目前，以双馈感应风力发电机（ＩＤＦＧ）为主的风力发电机组在电力系统中所占比例比较大。本文
通过对风力机功率特性和双馈式风电机组最大风能追踪的研究，在分析双馈发电机数学模型和有功、无功功率解耦控制的基础上，应用ＰＣＤ￣ＭＴＳＡＤＣ对２ＭＷ双馈感应风力发电机进行系统建模，建立了基于发电机
ｔｒｉｅｅｅａｏｎｈｅｅｔｃｌｏｒｙｔｍａｐｅｅｔＴｉａｅａａｙｅｈｏｒｕｂｎｇｎｒｔｒｉｔｅｌｃｒａｐｗｅｓｓｅｉｔｒｓｎ．ｈｓｐｒｎｌｚｄｔｅｐｗｅｐｃａａｔｒｓｉｓａｄｔｅｍｅｈｄｏｘｍｕｗｉｄｅｅｇｒｃｉｇｂｓｄｏｅｍａｈｍａｃｌｄｌｈｒｃｅｉｔｎｈｔｏｆｃｍａｉｍｎｎｒｙｔｋｎａｅｎｔｔｅｔａａｈｉｍｏｅｏｅＤＦＧｎｅｄｃｕｌｇｃｎｒｌｆａｔｅａｄｒａｔ，ｐｗｅ．ｆｔＩａｄｔｅｏｐｉｏｔ０ｃｉｅｃｉｅｏｒｈｈｎｏｖｎ￣ｉｇｔｅｐａｅｅｓｏＭＷｎａｍｔｒｆ２ｈｒ

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。

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
｜Ｐ
Ｐ：Ｐｂ
Ｐ
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。

双馈感应风力发电机组的控制研究

双馈感应风力发电机组的控制研究一、本文概述随着全球对可再生能源的需求不断增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已经在全球范围内得到了广泛的关注和应用。

双馈感应风力发电机组作为一种高效、可靠的风力发电设备，在风力发电领域具有重要的地位。

本文旨在深入探讨双馈感应风力发电机组的控制技术，包括其运行原理、控制策略以及在实际应用中的挑战和解决方案。

本文首先介绍了双馈感应风力发电机组的基本结构和运行原理，为后续的控制技术研究奠定基础。

随后，文章重点分析了双馈感应风力发电机组的控制策略，包括最大功率点跟踪控制、电网接入控制、有功和无功功率解耦控制等。

这些控制策略对于提高发电机组的运行效率、稳定性和可靠性具有重要意义。

本文还讨论了双馈感应风力发电机组在实际应用中面临的挑战，如电网电压波动、风速变化等，并提出了相应的解决方案。

这些解决方案旨在提高发电机组对各种环境条件的适应能力，从而确保其在复杂多变的风力发电环境中稳定运行。

本文总结了双馈感应风力发电机组控制技术的研究现状和发展趋势，为未来的研究提供了参考和借鉴。

通过本文的研究，可以为双馈感应风力发电机组的优化设计和运行控制提供理论支持和技术指导，推动风力发电技术的进一步发展和应用。

二、双馈感应风力发电机组的基本原理与结构双馈感应风力发电机组（DFIG）是一种高效且广泛应用的风力发电技术。

其基本原理和结构特点决定了它在风力发电领域中的重要地位。

基本原理：双馈感应风力发电机组的运行基于电磁感应和电机学的基本原理。

当风力驱动风轮旋转时，风轮的机械能转换为发电机转子的动能。

转子的旋转在发电机内部产生旋转磁场，从而感应出电动势，并在定子侧产生电能。

与常规感应发电机不同，双馈感应发电机的定子侧和转子侧都接入电网，使得发电机可以在不同的风速下保持最优的运行状态。

结构特点：双馈感应风力发电机组主要由风轮、齿轮箱、发电机、控制系统等部分组成。

风轮是捕获风能的部件，通常由多个风叶组成，风叶的形状和数量根据具体的设计要求而定。

双馈风力发电系统最大功率点跟踪控制策略

1,2
（ 1. 上海大学机电工程与自动化学院 2. 上海市电站自动化技术重点实验室摘要
上海上海
双馈风力发电系统最大功率点跟踪通常基于实验测定的最佳风速 - 功率 - 转速曲线，但
在长期运行中系统参数的变化会使实际最大功率点偏离原曲线，影响最大功率跟踪效果。在分析风力机特性、双馈风力发电机数学模型及功率关系的基础上，提出了一种以向电网输出电能最大为目标、不依赖最佳风速 - 功率 - 转速曲线的最大功率点跟踪策略，实现了定子输出有功、无功解耦控制。仿真和实验证明，基于该方法，双馈风力发电系统在风速变化过程中能自动寻找并跟随最大功率点，且控制相对简单，运行可靠，有较高的实用价值。关键词：变速恒频中图分类号： TM614 双馈电机最大功率点跟踪
[10]
式中
ω ——风力机转速；
R——叶片半径。由上述三式可得在不同风速下的转速与功率的
关系，如图 2 所示，其中虚线就是最优风速 - 功率转速曲线。
。
鉴于以上问题，本文在分析风力机运行特性、双馈电机（ DFIG）数学模型及功率关系的基础上，提出了一种以向电网输出电能最大为目标、不依赖最佳风速 - 功率 - 转速曲线，能自动寻找并跟随最大功率点的控制策略，并实现了有功、无功功率的解耦控制。仿真和实验结果表明，在不同风速下，双馈风力发电系统均能有效实现最大风能追踪，有功、无功功率在调节过程中互不影响，控制相对简单，运行可靠，有较高的实用价值。
收稿日期 2007-08-23 改稿日期 2008-03-28
[1-2]
1
引言
近年来，变速恒频（ VSCF ）双馈风力发电系统。它
以其独特的优势，逐渐成为风力发电的主流
通过调节转子侧交流励磁电压的频率、幅值、相位对定子输出电能进行控制，能在保持输出电压电流频率恒定的同时，通过调节转速改变输出功率。国

无刷双馈风力发电机的最大风能追踪控制策略

Ａ： —ｅ／ｌ
—
图１叶尖速比与风能转化系数关系曲线
设定一种风速ｓ然后根据不同的转速计算出与，之对应的叶尖速比。按照图１查出相应的风能转化系数，代入式（）３中即可得到对应风速ｓ风机的输出，功率和机械角速度的关系曲线。设定不同的风速，重复计算可以得到风机在不同风速下输出的机械功率
楦测与控制
・
机械风力发电机的最大风能追踪控制策略
李王辉，白钢华
（壁职业技术学院，鹤河南鹤壁４８３）５００
摘
要：于无刷双馈风力发电机（ＤＭ）基ＢＦ特殊的结构特点和工作原理，从转子参考轴ｄ—ｑ型出发，建ＢＦ模构ＤＭ在同步参考系下的数学模型。通过对控制绕组进行交流励磁，变速恒频无刷双馈发电机的有功和无功解耦控对
当桨叶节距角为固定值时，可得风能转换系数与叶尖速比的关系曲线，图ｌ所示。如
保持最佳叶尖速比，获得最大风能；速较高时，来风可
以利用风轮转速的变化，储存或释放部分能量，使功率输出保持平稳。通过调节发电机的转速来调节有功功率输出，使风机运行在最佳叶尖速比的状态下，从而捕获最大风能实现高效率发电。
制，最终实现最大风能的有效捕捉。
关键词：交流励磁；刷双馈电机；无风力发电机；矢量解耦控制；大风能捕捉最

变速恒频风力发电系统最大风能追踪的控制

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｅ－ｆｅｄｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＤＦＩＧ）；ｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ；ｍａｘｉｍｕｍｗｉｎｄｅｎｅｒｙｇｔｒａｃｋｉｎｇ；ｃｌｉｍｂｉｎｇｓｅａｒｃｈ
第２５卷
第１期
电力系统及其自动化学报
ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＵ— ＥＰＳＡ
Ｖｏ１．２５Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０１３
２０１３年２月
变速恒频风力发电系统最大风能追踪的控制
ａｃｃｕｒａｔｅｌｙｉｎａｎｕｎｋｎｏｗｎｖｅｌｏｃｉｔｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｉｔｈｏｕｔｄｅｐｅｎｄｉｎｇｏｎｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｏｐｔｉｍａｌｐｏｗｅｒ
ｐｒｏｖｅｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｌｉｍｂｉｎｇｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｂｙｃｏｎｖｅｎｉｎｇｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｒｏｍｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｏｕｔｐｕｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｏｗｅｒｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｓｔｒａｔｅｇｙｔｏｔｈｅｏｕｔｐｕｔｏｆｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｅｒ，ａｎｄｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈａｓｔａｔｏｒｌｆｕｘ — ｏｉｅｒｎｔｅｄｖｅｃｔｏｒ — ｂａｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ．ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎａｃｈｉｅｖｅｔｈｅＭＰＰＴｑｕｉｃｋｌｙａｎｄ

风力发电技术与功率控制策略研究

控制的主要控制目标是调节风能、减少或消除风能产生
功昀５．％，由于受到机械结构等限制，际上该９３但实值要更小。因此，如何才能够提高转化效率、获取更多
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Ｏ引言
相比化石能源和核电，能是一种开发成本较低、风清浩环境、安全、可再生的能源形式，目前越来越受到重视。最始兹理论，风力机从风中吸收的能量不到空气
速变桨距风机的复杂性，如控制算法、阶、高耦合、强非线性特征等，使得常规的控制方法就不太适合了。根据风速的不同，风力发电系统由启动、变速运行、变桨距运行、刹车四个动态过程构成。启动和刹车过程的主要控制目标是使系统能在最短时间内有较快响应速度；变速
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浅谈双馈式风力发电机组的市场应用概况和发展趋势

浅谈双馈式风力发电机组的市场应用概况和发展趋势可再生资源风能的开发利用越来越受到瞩目，风力发电就是风能应用最大的一个实例，市场上应用最多的为双馈式发电机组，本文在简介双馈式发电机组概念、特点、工作原理的基础上，重点分析了双馈式发电机组国内外的应用现状，并对未来发展趋势进行了简述。

关键字：风能，双馈式发电机组，应用现状，发展趋势随着经济的快速发展，资源日渐短缺，可再生资源的开发利用受到广大的关注。

风能以其清洁、无污染、可再生的特点受到人们的广泛关注，是一种非常有潜力的绿色新能源，最近利用率非常高，其中风力发电就是风能利用的最直接的一个表现。

一、双馈式风力发电机组简介1.1 双馈式发风力发电机组的定义通常意义下的双馈异步发电机实际上是一种绕线式转子电机，因为它的定子和转子都可以向电网反馈电，所以简单的称其为双馈电机，也叫做异步化同步电机。

双馈式风力发电机组的叶轮是通过惰齿轮增速箱进行驱动发电，这种发电机实际上就是异步感应电机的变异产品，它的主要结构包括轮、传动装置、发电机、变流器系统、控制系统等。

1.2双馈式风力发电机组特点双馈式风力发电机组具有以下四个特点：（1）技术成熟、质量可靠。

而这种传动方式也成为了技术最成熟并且非常主流的一种方式。

叶轮+齿轮箱+发电机的这样的传动拉链结构既简单又对各类载荷分配合理化，提高了整体质量的可靠性。

（2）效率高、性价比优。

双馈式发电机组的技术通过采用高速比齿轮箱来提升电机的转速，有效的对机械传动系统和发电系统的参数配置进行了有效分配，大大提高了电机的效率。

（3）可维护性好。

双馈式风力发电机组通常都是采用一种叶片+轮毂+齿轮箱+联轴器+发电机的结构，这样的结构由于部件独立，可以对其进行分开维护和修理。

现场维修容易，时间响应及时。

（4）电能质量好，低电压穿越能力强。

双馈式风力发电机组70%以上的电能都能通过定子输送给电网，由于其采用的是双馈式感应电机和部分功率变流技术，所以产生的谐波比较小，电能的质量也比较高。

双馈风力发电机技术的问题与探讨武永铎

双馈风力发电机技术的问题与探讨武永铎摘要：近些年来，我国的风力发电技术得到了较为迅速的发展，也取得了一定得成效。

但是，在实际的发展过程中仍然存在着一些问题。

所以，要提高风力发电的技术水平，克服和解决在技术发展中所产生的一系列问题，从而使风力发电技术更好的应用于我们的生活中。

基于此，文章就双馈风力发电机技术的问题进行简要的分析。

关键词：风力发电；技术；问题1 双馈风力发电技术概述1.1 双馈风力发电机工作原理双馈风力发电机是目前市场上应用比较广泛的风机，它的特殊之处在于其定子绕组和转子绕组都直接或间接地与电网相连，定子侧绕组产生的工频交流电直接馈入电网，转子侧的功率通过整流逆变装置上网。

与一般的一部发电机相比，双馈电机允许发电机转速在一定范围内波动，因为转子侧中电流的大小和频率可以通过整流逆变装置进行调节，从而在转速发生变化的情况下维持定子侧输出功率的恒定。

当发电机的转速低于同步转速时，转子从电网吸收无功作为励磁磁场的能源，使定子绕组输出电能。

当发电机转速升高，高于同步转速后，定子绕组的感应磁场反作用于转子绕组，一部分能量作为励磁磁场的能源，一部分能量使转子绕组感应电能且相位相反，所以转子也会输出电能。

所以说，双馈发电机就是指定子绕组和转子绕组都向电网馈电的模式。

1.2 风力发电的特点风能发电在近10年来已取得飞速发展，目前，全球风电装机容量已近4270亿MW。

风力发电技术能够得到大量的推广与它的特点是分不开的。

风能属于可再生能源，风力发电有充足的能源支持；风力发电技术建设周期短以及装机规模灵活，在风能充足的地方可以用最短的时间建立风力发电基础设施，可以用最快的速度将风能转化为需要的电能；可靠性高和成本低使得风力发电的推广使用迅速提高；风力发电在操作运行方面也是比较简单的，而且风力发电建设占地面积小。

风力发电的特点总结下来就是能源充足，操作简单，成本低无污染。

2 双馈风力发电机组装配方法为满足对整机装配的要求，通常采用如下几种方法：2.1 完全互换法在装配时，同一个零部件总成任选其中之一，不经任何修配调整既可装入，且都能达到规定的装配要求。

2.0MW双馈发电机最大风能捕获转矩控制原理及分析

2.0MW双馈发电机最大风能捕获转矩控制原理及分析李华兵【摘要】双馈发电机的输入机械功率与风力机的输出功率有关，为提高风能转换效率，使风能利用效率最大，必须在风速变化时及时调整风力机叶片的转速，使叶尖线速度与风速之比始终等于最佳叶尖速比λm。

保持最佳叶尖速比λm，就可获得最佳的风能利用系数Cpmax，使风力机沿着最佳功率曲线Popt运行，最终到达新风速下的稳态，风力机将会实现最大风能捕获，输出最大功率Pmax。

【期刊名称】《低碳世界》【年(卷),期】2016(000)019【总页数】2页(P40-41)【关键词】电磁功率;机械功率;最大风能捕获;风能利用系数;风速;转速;叶尖速比;最佳功率曲线【作者】李华兵【作者单位】中工武大设计研究有限公司，湖北武汉430000【正文语种】中文【中图分类】TM6141.1 双馈发电机的运动方程式中：Tm为风力机给发电机提供的机械转矩；Te为发电机的实际电磁转矩；J为发电机的转动惯量；ωg为发电机的机械转速。

1.2 双馈发电机的能量关系定子功率平衡方程：式中：Pe1为定子的电磁功率；P1为定子输出的有效电磁功率；PCu1为定子绕组的铜耗。

转子功率平衡方程：式中：P2为转子侧输入或输出的有效电磁功率；PCu2为转子绕组的铜耗；Pe2为转子绕组转换或传递的电磁功率。

由双馈发电机的基本方程式可得：由式（4）可见，转子的电磁功率始终保持为转差功率sPe1，仅为定子电磁功率的一小部分，变频器的容量得到了很大程度的降低。

对于双馈发电机，Pe1为正值，所以当转差率s〈0时，Pe2为负值，此时转子向变频电源输出电磁功率；当转差率s〉0时，Pe2为正值，此时转子由变频电源输入电磁功率。

双馈发电机轴上输入的机械功率为Pm，根据能量守恒原理，可得：式中：Pe为发电机的总电磁功率。

1.3 最大风能捕获电磁转矩控制的特点（见表1）在实际运行过程中，一方面决定了该发电系统的功率输出量和输出能力，另一方面也直接关系着发电系统运行的安全可靠性。

基于最大功率追踪的双馈风力发电机直接转矩控制

基于最大功率追踪的双馈风力发电机直接转矩控制王俊凯;黄伟;张新伟【摘要】根据风力涡轮机的工作原理及风电控制系统的特点,构建了以双馈感应电机为对象的变速恒频风力发电系统,为克服大风扰动对风电机组有功功率的影响,提出了采用融合最大功率追踪算法和直接转矩控制算法的控制策略,以提高功率控制的平稳性.以某风场1.5MW双馈式风力发电机为参照,搭建机组的Matlab仿真模型,对不同风速扰动下的机组功率控制进行仿真,仿真结果验证了控制策略的可行性和有效性.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2016(032)002【总页数】6页(P109-114)【关键词】风力发电;直接转矩控制;最大功率追踪【作者】王俊凯;黄伟;张新伟【作者单位】上海电力学院,上海200090;上海电力学院,上海200090;乌鲁木齐供电公司,新疆乌鲁木齐830011【正文语种】中文【中图分类】TK8风力发电污染小、成本低,是当今世界最具发展前景的发电技术之一.在风电行业快速发展的大趋势下,双馈式风机以其优异的性能得到了广泛的应用[1],变速恒频双馈式风力发电机组已成为大型风电场的主流机型.最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)是目前变速风力发电系统经常采用的一种控制策略.实现MPPT包括风速信号和功率信号控制两种主要方法.实时测量风速、风向存在滞后现象,因此基于风速信号的控制办法已较少采用.而基于功率信号的控制策略,在减小风力机功率特性和测量风速装置对控制的影响方面具有明显的优势[2-3].在电机的转子侧,常用的有矢量控制法和直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)法.对于并网型机组,大部分文献中均采用定子磁场定向的矢量控制策略,把坐标系d轴与双馈感应电机(Double-fed Induction Generator,DFIG)的定子气隙磁场矢量叠合,推导出定子气隙磁场定向的DFIG稳态下有功、无功解耦的励磁调节模型.但由于矢量控制的鲁棒性较差以及矢量旋转变换的复杂性,造成理论分析的结果与实际的控制效果有较大偏差,这是矢量控制技术存在的缺陷.而DTC具有鲁棒性强、转矩动态响应速度快、控制结构简单等优点[4].本文将DTC与MPPT相结合实现双馈风力发电机的控制,采用圆形直接转矩控制策略建立发电机控制系统,以避开复杂算法所带来的局限性,同时选择动态特性良好的功率闭环控制实现最大功率追踪.根据风力涡轮机的功率特性和转矩特性,其捕获的风能为[5]:式中:ρ——空气密度;A——叶片扫掠面积;Vω——上游风速;Cp(λ,β)——风能利用系数;λ——叶尖速比;β——桨距角.叶尖速比λ为风轮叶片的叶尖线速度与上游风速之比,其表达式为:式中:ωm——风轮旋转角速度;R——风轮半径.依据Betz理论,风能利用系数Cp(λ,β)为:式中:由该系数与其变量间的函数关系可知,在相同的叶尖速比下,当桨距角为零时,风能利用系数具有最大值;当桨距角变大时,风能利用系数值随之减小.因此,通过调节桨距角的大小,控制风轮对风能的捕获,便能够实现对发电机输出功率的控制.图1为风机捕获风能后输出的机械功率Pω与风力机转速S的关系.由图1可知,不同风速Vω下每条功率曲线都有一个最大功率点与相应的风能利用系数对应.每一个风况下的最大功率点所连成的曲线便是风机的最大功率曲线Popt.最大功率追踪控制的目的就是始终使风力机在这条曲线上运行[6-7].风力发电机组一般运行在5 种工况下,即起动区、最大风能追踪区、恒转速区、恒功率区、停机区.在起动区、最大风能追踪区、恒转速区,桨距调节系统的数学模型可以看作采用发电机转速参考值ωrref与发电机当前转速ωr差值经过PI控制器的运算,输出的桨距角信号为:式中:Kp1——转速比例调节系数;Ki1——转速积分调节系数.当实测风速大于额定风速且发电机转速达到额定转速时,由于桨距角调节速率的限制,输出功率会超出额定功率,只通过转速控制来调节桨距角,系统控制响应会过慢. 本文主要针对风机进入恒功率区时进行最大功率追踪控制.在这一区域,桨距角的调节值由发电机的实时功率Pmeas与额定功率Pmref的差值经过PI调节得出,其表达式为:式中:Kp2——功率比例调节系数;Ki2——功率积分调节系数.通过快速地调节浆距角来改变风机输出转矩,将机械功率的输出限制在允许的范围内,使发电机在保持传动系统良好柔性的基础上更加稳定地工作.根据式(6)得到基于桨距角控制的机组最大功率追踪控制原理框图如图2所示.由于双馈电机数学模型在两相静止坐标系α-β中的变量是交流量,无法像直流电机一样进行控制.因此,需将α-β坐标系变量变换到以同步角速度ωs旋转的d-q旋转坐标系,双馈电机定、转子电压方程为[8-9]:磁链方程为:式中:Ls——定子电感;Lr——转子电感;M——定转子互感.式中:Lls——定子漏感;Llr——转子漏感.双馈电机发电时,其负载转矩跟随风轮上游的风速变化而变化.因此,如何控制机组运行在稳定的转速下,实时跟踪电磁转矩,对于机组的工作效率以及应变机械转矩的变化至关重要.直接转矩控制的基本原理就是通过控制转子侧脉冲宽度调制逆变器输出的空间电压矢量,使转子磁链沿着圆形轨迹运行,实现对转矩的调节.采用电压-电流模型来观测转子磁链[8-9],其表达式为:电磁转矩的估算表达式为:式中:σ——定转子绕组互感系数;p——电机极对数；γ——定转子磁链的夹角.控制空间电压矢量,需要设置两个滞环比较器来分别调节磁链的幅值和角度,滞环比较器输出结果后通过查表选择相应的矢量,并由逆变器将它们施加在转子侧,完成对转子磁链的调节[10].电压型逆变器含8组开关变量,与7种电压状态相对应,用Ur来表示.其中2种零电压矢量(000)和(111)对应一个电压状态.剩下6种矢量在空间的位置两两间隔60°,其电压矢量的分布如图3所示.磁链滞环比较器、转矩滞环比较器与磁链区间选择器的选择结果,决定逆变器输出的空间电压矢量,选择规则见表1.根据上述原理,搭建基于最大功率追踪的双馈风力发电机直接转矩控制仿真系统如图4所示.以某风电场中1.5 MW双馈风力发电机为参照构建仿真系统,该双馈风力发电机的相关参数如下:风轮半径为30.66 m,齿轮箱变比为97∶1,空气密度为1.22 kg/m3,额定功率为1.5 MW,定子电压为690 V,定子电阻为0.002 3 Ω,转子电阻为0.002 Ω,定子电感为0.002 93 H,转子电感为0.002 97 H,互感为0.002 88 H,转动惯量为18.7 kg·m2.4.1 风速模型首先，按照阵风、渐变风、随机风、基本风的特点搭建风速模型.基本风速设为10.72 m/s,0.32 s时加入4.5 m/s的阵风扰动,0.75 s时基本风速阶跃至6 m/s,0.82 s时阵风扰动消失,风速变化的波形如图5所示.4.2 常规DTC算法的仿真及分析对该1.5 MW双馈式风力发电机使用直接转矩控制策略,其转子磁链轨迹的变化如图6所示.其中,ψx,ψy分别为转子磁链在x轴、y轴上的分量.此时,转子磁链的轨迹近似圆形,图6中参考磁链幅值(即图中较粗的线段)自仿真起始终为0.8 Wb.转子磁链实际值迅速达到参考给定值0.8 Wb,吻合效果较好.将DTC算法进一步用于该风力发电机的有功功率控制,可得到图7所示的输出曲线. 由图7可以看出,对于随机风的扰动,DTC算法能使机组获得稳定的有功功率.但当风速超过12 m/s且有阵风扰动时,机组会跟随风速的变化而变化,导致有功输出超出额定功率,这会引起发电机温度过高,机组电气特性改变,并且缩短机组的使用寿命.因此,采用单纯的DTC还存在不足之处.4.3 融合MPPT与DTC的控制方案将DTC与MPPT两种算法融合在一起,采用变桨执行机构实现对功率的快速响应,可得到如图8所示的响应曲线.对比图7和图8a可见,与常规DTC相比,融合MPPT与DTC的控制方案可使机组的有功功率以更小的幅值波动,并最终稳定在额定功率以下运转.图8b所示的发电机电磁转矩曲线表明,此时电磁转矩能快速响应风速的变化,脉动较小,系统的控制品质得到了较大改善.在变速恒频双馈式风力发电机组中采用融合最大功率追踪和直接转矩控制的控制策略,可避免风力发电机组在进行最大功率追踪时因风速难以实时精确测量而造成的控制质量下降,同时还可解决矢量控制过分依赖机组参数、计算模型复杂等问题.在超过额定风速时,基于最大功率追踪直接转矩控制对于稳定风电机组输出功率、减小功率和转矩的波动取得了良好的控制效果,有效地保障了风力发电机组的安全稳定运行.【相关文献】[1]朱柯丁，宋艺航，谭忠富，等.中国风电并网现状及风电节能减排效益分析[J],2011,44(6):67-70.[2]马卫东.风力发电机组最大功率追踪[J].高压电器,2012,48(7):57-61.[3]刘鑫,曲延滨.双馈风力发电系统最大功率追踪双模控制研究[J].电气传动,2013(6):20-23.[4]王继忠.感应电动机直接转矩控制技术的发展[J].微电机,2012,45(2):83-87.[5]姚兴佳,韩嵩崟，赵希梅，等.变速恒频双馈风力发电机的最大风能追踪控制[J].电气传动,2012,42(7):57-60.[6]韦徵，陈冉，陈宗伟，等.基于功率变化和模糊控制的风力发电机组变速变桨距[J].中国电机工程学报,2011, 31(17):121-126.[8]熊飞,王雪帆,华斌,等.绕线转子无刷双馈电机的d-q轴数学模型[J].电机与控制学报,2015,19(5):81-89.[9]罗萍,吕霞付,唐贤伦,等.感应电机直接转矩控制系统仿真研究[J].电测与仪表,2012,49(3):28-32.[10]葛研军,吴楠.基于SVPWM的无刷双馈电机直接转矩控制[J].微特电机,2011,39(8):58-60.。

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