变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制
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
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Ｃｌａ ｅ ｇ ｅ ｎ Ｅｎ ｒ ｙ
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 Ｍ Ｐ 和 ＰＴ ＴＲ Ｓ 算法 的基础 上 ，结 合Ｄ Ｉ参 考转 速实 时计算 方 ＦＧ
， 、 ５ 口 ＝８ 。
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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
ｓａｃｉｇＨＣ １ＨＣ ｅｒｈｎ ， 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
Ｓｔ ｄｙ ｏ ａ ｉ ｉｍ ｉ ｄ Ｅｎ ｒ ｙ Ｔｒ ｃ ｎ ｆＤｏ ｂｌ —Ｆｅ ｕ ｎ Ｍ ｘ ｍ ｌ Ｗ ｎ ｅ ｇ ａ ｋｉ ｇ ｏ ｕ ｙ ｄ Ｗ ｉ ｄ－Ｐｏ ｒ Ｇ ｅ ｒ ｔｏ ｙｓｅ ｎ ｗｅ ｎｅ ａ ｉ ｎ Ｓ ｔ ｍ
风力发电中的变速恒频技术综述
风力发电中的变速恒频技术综述1引言风力发电技术是一种利用风能驱动风机浆叶。
进而带动发电机组发电的能源技术。
由于风能储量丰富、用之不竭、无污染等特点，被各国广泛重视，纷纷投入大量的人力物力财力来发展风力发电技术。
第一次世界大战后，丹麦首开先河，制造了仿螺旋桨高速风力发电机组。
随后美国、法国、前西德等国先后制造出了风力发电机组并投入运行。
前西德在风机桨叶制造上首次使用了质地轻、强度高的复合材料。
到20世纪60年代，由于石油廉价和内燃机的广泛运用，风力发电成本高的问题显得突出，和以内燃机为动力的发电技术相比失去竞争力，发展几近停止。
但1973年全世界的石油危机以及燃料发电带来的环境污染问题，使得风力发电技术重新受到重视。
风力发电又进入迅速发展阶段。
先后有美国研制的1000kW大型风力发电机、前西德的3000kW大型风力发电机、英国加拿大的3800kW大型风力发电机投入运行，自动控制技术日益成熟，并形成了能并网运行的风力发电机群(见图1)。
2002年，世界各国风电装机总量达到近40000MW，并且每年增长率达20％，发展势头强劲。
我国现代风力发电技术始于20世纪70年代。
2002年底，我国风力发电装机容量达473MW，遍布新疆、内蒙古、广东、辽宁、浙江等地[1]。
图1风力发电机群最近世界风力发电技术的发展取得很大进步，主要表现为以下几点：（1）风力发电机单机容量稳步变大。
现在单机容量已达到兆瓦级；（2）变桨距调节成为气动功率调节的主流方式。
目前，绝大多数的风力发电机采用这种技术；（3）变速恒频发电系统迅速取代恒速恒频发电系统，风能利用更加有效；（4）无齿轮箱风力发电系统市场份额增长迅速。
这主要是由于没有齿轮箱系统效率显著提高[2]。
2 风力发电机的气动功率调节方式气动功率调节是风力发电的关键技术之一。
风力发电机组在超过额定风速以后，由于桨叶、塔架等的机械强度、发电机变频器等的容量限制，必须降低风机吸收功率，使其在接近额定功率下运行，同时减少桨叶承受的载荷冲击，使其不致受到损坏。
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。
变速恒频双馈风力发电机的最大风能追踪控制
大功率变速恒频双馈风力发电变流控制技术
率与转速的关 系， 在某一特定风速下 ， 不同转速会 使风力机输出不 同的功率 ， 只在某一转速值处 且 达到最大输出功率 ， 由这些点 即构成了最佳功率 曲线 Ｐ 。
由功率 函数 表 达式 可 知 ， 力机 功率 值 在 特 风
式 中 — — 定子 电流 频率 ； ｐ— —极 对 数 ； ｎ—— 转 子转 速 ；
ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｈ ｍｅｗａ ｅ ｕ ｅ ｉｈ ｅ ａ ｌ ｐ ｉ ｌｒｔ ｔ ｎ ｌ ｐ ｅ ｒ ｃ ｉ ｇｆ ｒ ｘ ｍｕ ｗｉ ｄ ｅ ｅ ｇ ｏ ｔ ｃ ｅ ｓ ｄ ｄ ｃ ｄ ｗｈ ｃ ｎ ｂ ｅｏ ｔ ｏ ｍａ ｏ ａｉ ａ ｓ ｅ ｄ ｔａ ｋｎ ｏ ｏ ｍａ ｉ ｍ ｎ ｎ ｒｙ，ｄ ｃ ｕ ｌ ｄ ｃ ｎ ｅ ｏ ｐｅ ｏ － ｔｏ ｆａ ｔｖ ｏ ｅ ｎ ｅ ｃｉｅ ｐ ｗｅ ，ａ ｔ ｄ ｔ ｎ ｌｓａｏ ・ｌｘ ｏ ｉｎ ｅ ｃ ａ ｉｍ ｎ ｌ ｄｎ ｏ ｒｏ ｔｒｌｏ ｎ ｒ ｌ ｃｉｅ ｐ ｗ ｒ ａ ｄ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｒ ｉ ｏ ａ ｔｔｒｆ — ｒ ｔ ｄ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｐ ｗｅ ｕ ｅ － ｐ ａ ｄ ｏ ｖ ａ ｉ ｕ ｅ ｏ
Ｉｄｃ ｏ ｅｅ ｔ ，ＦＧ 和背靠背双 Ｐ ｎｕｔｎＧ ｎｒ ｏ Ｄ Ｉ ） ｉ ａｒ ＷＭ 变换 器组成 的变速恒频风力发 电系统的运行原理 ， 通
３％ ， ０ 成本降低 ； 功率双向流动 ， 谐波污染小 ， 输入 输出特性好 ， 电网故 障情况下拥有较强 的适应能
力。基于 ｄｑ — 解耦 的矢量控制技术在双馈风力发
尸１
尸 ２
２ 风力机模 型及最 大风 能捕获
风力 机是 能量 转 换 的核 心 部 件 ， 接 影 响 着 直
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)2 2。
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。
变速恒频风力发电系统控制方案分析
制 方式来得到恒 定 的频率 。
风 能 与 风 速 的 三 次 方成 正 比 ， 当风 速 在 一 定 范 围 内 变 化 时 。若 允 许 风 力 机 作 变 速 运 行 ， 那 么 可 以 更 好 地 利 用 风 能 。 是 因 为风 力 机 的 风 能 利 用 系 数 Ｃ 在 某 一 确 定 的 风 轮 这 叶 尖 速 比 入下 达 到 最 大 值 ， 图 １ 示 。 速 恒 频 发 电 系 统 如 所 恒 的 风 力 机 由 于 只 能 固定 在 某 一 转 速 上 。 而 风 能 又 具 有 随 机
根 据 风 力 发 电过 程 中 发 电机 的 运 行 特 征 和 控 制 技 术 。
风 力 发 电 系 统 分 为 恒 速 恒 频 发 电 系 统 和 变 速 恒 频 发 电 系
究 较 多 的 变 速 恒 频 风 力 发 电 技 术 主 要 有 以下 几 种 ： １ 鼠茏 异 步发 电 系统 ． 系 统 如 图 ２所 示 ， 用 的 发 电机 为 笼 型 转 子 。 力 机 通 采 风
调 整 以及 环 境 保 护 将 起 到 重 要 作 用 。
变 速 恒 频 风 力 发 电是 近 年 来 发 展 起 来 的一 种 新 型 风 力 发 电 系 统 。 国 外 新 建 的 大 型 风 力 发 电 系 统 大 多 数 采 用 变 速
恒频 方式 。 目前 成 为 风 力 发 电 的 发 展 方 向 。 近年 来 世 界 上 研
维普资讯
＜ 陡 浇 饲 瓠 ）０７ ２０ 年第 ２ 期
工 程 科 技
变 速 恒 频 风 力 发 电系 统 控 制 方 案 分 析
倪 琳
合肥 ２００ ） ３ ０ ９ （ 肥工 业大 学 ， 徽 合 安
风力发电系统运行控制技术研究
风力发电系统运行控制技术研究【摘要】风力发电作为一种清洁的新能源具有重要的意义，风力发电系统的运行控制策略直接关系到风力发电，电力供应的安全性和质量的效率。
本文对风力发电系统的运行控制的两个主要方面，即最大风力跟踪控制和恒功率控制进行了研究和总结。
【关键词】风力发电系统；最大风能跟踪（mppt）；恒功率控制0 引言在提倡可持续发展的今天，风能的开发利用具有积极的战略意义。
特别是在能源供求日趋紧张的情况下，风能作为一种替代能源的意义就更加突出。
风力发电系统根据运行方式和控制技术的不同可以分为恒速恒频系统和变速恒频系统，其中变速恒频风力发电系统能够更高效地利用风能。
并网型变速恒频风力发电系统一般由风轮、齿轮箱（在直驱方式中已略去齿轮箱）、发电机和变流设备组成，如图1风力发电系统框国所示。
风轮的作用是捕捉风能，并将之转化为机械能；发电机则将机械能转化为电能；变流设备将发电机发出的频率幅值随风速波动的交流电转化为与电网电压同频同幅的交流电，然后馈送至电网。
图1 风力发电系统框图风力发电系统主要包括2种运行状态：1）最大风能追踪状态。
当风速低于额定风速时，风轮的转速会随着风速的波动而不断变化，以维持最佳叶尖速比及最大风能利用系数，从而有效提高风机的输出功率。
2）额定功率运行状态，当风速高于额定风速时，通过调节叶片桨距角和抑制风轮转速，降低风轮的风能捕获效率，保证风机运行在额定工作点附近。
可见，风力发电机组的运行控制在不同的运行状态有不同的控制策略：1）最大功率点跟踪控制（mppt控制）：当实际风速低于额定风速时，对风力发电机组进行控制，保证机组运行在最大风能追踪状态下，最大限度地捕获风能。
2）恒功率控制：当实际风速高于额定风速时，受机械强度、发电机容量和变频器容量等限制，必须降低风轮捕获的能量，使功率保持在额定值附近。
实际的风电机组常通过电气功率调节和叶片技术2种手段实现上述控制目标。
前者是通过调节发电机和变流设备的电气功率来改变风轮的转速，进而间接改变风轮转化风能的效率；后者主要利用叶片的空气动力学特性，如变桨距技术和失速状态，来直接改变风轮的捕风效率。
变速恒频风力发电系统运行与控制研究
变速恒频风力发电系统运行与控制研究一、本文概述随着全球对可再生能源需求的不断增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，在全球范围内得到了广泛的关注和应用。
变速恒频风力发电系统作为风力发电的一种重要形式，其运行与控制策略的研究对于提高风力发电的效率和稳定性具有重要意义。
本文旨在深入研究变速恒频风力发电系统的运行与控制技术，探讨其在实际应用中的性能表现和优化策略。
文章首先介绍了变速恒频风力发电系统的基本原理和组成结构，包括风力发电机组、变速恒频控制器、并网逆变器等关键部分。
然后，文章重点分析了变速恒频风力发电系统的运行特性，包括风速变化对系统运行的影响、最大功率跟踪策略的实现等。
在控制策略方面，文章详细探讨了变速恒频风力发电系统的控制技术，包括变速恒频控制、最大功率跟踪控制、并网控制等。
文章还分析了现有控制策略的优缺点，并在此基础上提出了一种优化的控制策略，以提高系统的运行效率和稳定性。
文章通过仿真实验和现场测试验证了所提控制策略的有效性和可行性，为变速恒频风力发电系统的实际应用提供了理论支持和技术指导。
本文的研究对于推动风力发电技术的发展，提高风力发电系统的运行效率和稳定性具有重要意义。
二、变速恒频风力发电系统基本原理变速恒频风力发电系统（Variable Speed Constant Frequency Wind Power Generation System, VSCF-WPGS）是一种新型的风力发电技术，其核心在于通过变速运行的风力发电机组，实现电网频率的恒定输出。
这一系统相较于传统的恒速恒频风力发电系统，具有更高的风能利用率和更好的电网适应性。
VSCF-WPGS的基本原理主要基于风力机、发电机以及控制系统的相互作用。
风力机通过风轮捕获风能，并将其转换为机械能。
由于风速的自然变化，风轮的转速也会相应变化，这就是所谓的“变速”特性。
接着，这种变化的机械能传递给发电机，通过电磁转换过程，将机械能进一步转换为电能。
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。
MW变速恒频控制技术
一． 交流励磁发电机变速恒频运行原理1.风力机最大风能捕获运行机理风力是一种取之不尽，用之不竭的可再生能源，但又是一种具有随机性﹑爆发性﹑不稳定性特征的动力源，因而存在一个如何使用风力机实现风能的高效采集﹑高效利用的问题。
由空气动力学原理，通过叶轮旋转面的风能只能被风力机吸收一部分，可用风能利用系数C p 来描述：C p =P m / P w （Ⅰ—1）其中：P m 为风力机吸收且输出的机械功率；P w 为通过浆叶输入风力机的功率。
故系数C p 反映了风力机吸收利用风能的效率。
风力机的风能利用系数C p 与风力机的一个重要运行参数叶尖速比λ密切相关，如图Ⅰ—1所示。
叶尖速比即叶轮的叶尖线速度与风速之比，即λ=R Ω/V=R2πn/(60V) （Ⅰ—2）式中R 为叶轮的半径，Ω为叶轮旋转的角速度，n 为叶轮的转速，V 为风速。
风力机的风能利用系数C p 与叶尖速比密切相关，风能利用系数与叶尖速比的关系曲线如图Ⅰ—1所示。
从图中可以看出只有在一个特定的叶尖速比λm 下，风能利用系数才能达最大值C pmax ，即获得最大风能利用（捕获）。
风力机从风能中吸收的功率，即风力机的输出功率为：p m C SV P 321ρ=（Ⅰ—3） 式中ρ为空气密度，S 为风力机叶轮的扫掠面积， V 为风速。
对于一个确定的风力机，从不同的风速和转速查得对应的C p 值，计算出不同风速下的输出功率，获得不同风速下风力机输出功率和风力机轴转速之间的关系曲线，如图Ⅰ—2所示。
可以看出，不同风速下风力机输出机械功率随叶轮转速而变化，每一个风速下存在一个最大输出功率点P max ，对应于图Ⅰ—1的最大风能利用系数C pmax 。
将各个风速下的最大功率点连接成线，即可得到最佳功率曲线P opt ，运行在这条曲线上，风力机将会获得最大风能捕获，有最大功率输出P max式中n 为风力机轴转速，ωm 为风力机机械角速度。
由此可见，实现最大风能捕获的关键是控制风力机转速。
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。
一种新型的大型风电系统最大风能追踪控制的建模与仿真
摘 要 ： 了新设 计的“ 介绍 变步长最大风能摘 获控制 器” 采 用矢量控制 算法， ， 实现 了风力发 电杌 输 出有功和无功功 率的解耦控制 。在有 功功率控 制方面， 控制器根据发 电机输 出转速扰动 时， 应输 出有功 功率的变化“ 相 变步长” 地调整 系统输入 ， 直到 系统运行到最 大风 能 点。 仿真 结果表 明， 系统不依 赖于最优功率 曲线和风机参数 ， 该 而且收敛速度快 ， 以迅速 实现“ 可 最大风能追踪” 控制 ， 有一定的应用 具
热 门的研究话题 ， 这些算法基于不 同的变流器 拓扑结构 ， 根据 它们的原理 大致 可以分为叶尖速 比（ ｓ 算法 、 Ｔ Ｒ） 功率信 号反馈
图 ２ Ｐ 控 制 原 理 框 图
１３ 登 山搜 索 （ ． ＨＣＳ） 制 控
（Ｓ ） Ｐ Ｖ 算法和登山搜索（ Ｃ ） Ｈ Ｓ 控制 。
图３ ＨＣＳ控制原理框图
收 稿 日期 ：０ ８ ０ — ３ ２ ０ — ９ ２
作者简介 ： 孙国霞（ ９ ８ ） （ 罗斯族 ）新疆塔城人 ， １ 一 女 俄 ７ ， 硕士 ， 主要研究方 向为电力系统控制技术 。
《 装备制造技术）０ ８ ２０ 年第 ｌ 期 ２
ＨＣ Ｓ的基本原理 图可由图 ３表示 ，已有文 献对 最大风能 基于上所述 的最大风 能追 踪摸块 的控制思想 ， 搭建 如图 ５
价值 。
关键 词 ： 变速恒频 ； 双馈发 电机 ； 矢量控制 ； 最大风能追踪 中图分类号 ： Ｋ １ Ｔ ８ 文献标识码： Ａ 文章编号 ： ７ — ４ Ｘ（０ ８）８ ０ ６ — ４ １ ２ ５５ ２ ０ ０ — ０ ６０ ６
煤炭 、 石油 、 矿等矿物资 源 ， 在不到 ２ ０年 的时间 内 铀 将 ０ 枯竭。 而太 阳能 、 潮汐能、 生物质能等新 能源还不具备规模化 、
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 ｐ ｏ 对应最佳功率系数ｃ 此 时风 ｔ 。。 ，
Ａｎ ｕ ｉ ｅ ｓｔ ｆＳ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｈ ｉ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｃ ｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｙ
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
ｖ ｌ ｉ ｎ ｏ ｒ ｃｎ ｓ ｆ ｈ ｅ ｒ ａｉ ｔ ａ ｄ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｓ ｅｔ ｏ ｙ ｄｙ ｏ ｔ ｈ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： Ｉ ｙ ｒ ｓ ＤＦ Ｇ Ｍ ａ ｉ ｍ ｎ ｎ ｒ ｙ ｃ ｐ ｕ ｉ ｇ ｘ ｍｕ ｗｉ ｄｅ ｅ ｇ ａ ｔ ｒｎ Ｓ ａ ｏ ｕ ｒｅ ｔ ｄ Ｄｅ ｏ ｐ ｅ ｏ ｔ ｌ ｔｔ ｒ ｘｏ ｉｎ ｅ ｌ ｆ ｃ ｕ ｌｄ ｃ ｎ ｒ ｏ
ｖ ｒ ｂｅｓｅ ｄｃｎ ｔｎ ｒｑ ｅ ｃ （ Ｃ ） ｎ ｘｍｕ ａｉ ｌ ｐ ｅ ｏ ｓ ｔ ｅ ｕ ｎ ｙＶＳ Ｆ ａ ｄｍａ ｉ ｍ ａ ａ ｆ
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双馈风力发电系统最大风能追踪控制的研究
４ Ｎｏｔｗ ｓ Ｈｙ ｒ ｎ ｕｔ ｇＥｎ ｉｅ ｒ， ． ｒ ｅｔ ｄｏＣｏ ｓ ｌｎ ｇｎ ｅｓ ＣＨＥＣ Ｘｉａ ０ ６ ， ｈ ａ ｘ ｒｖｎ ｅ Ｃ ｉａ ｈ ｉ Ｃ， ’ｎ７１ ０ ５ Ｓ ａ ｎ ｉＰｏ ｉｃ ， ｈｎ ）
ＡＢＳＴＲＡＣ Ｔ ：） ｈｅｂａ ｉ ｆｔ ｅａ ｌｚｎｇｏ ｐｕ ｏ ｒｏ ｎ （ｎ ｔ ｓｓｏ ｈ ｎａｙ ｉ ｕｔ ｔｐ ｗｅ ｆｗｉ ｄ
踪 是指 系统 工 作在 启 动 风速 和额 定 风速 之 间 时 ． 控 制 发 电机 在运 行 时 的输 功率 值 保持 最 大 １ ２ Ｉ 。正基
于此 ， 双馈 型 变速 恒频 风 力发 电技 术 的 优势 逐 渐突 显 出来 。双 馈 型变 速恒 频 变速 发 电机 组 的优 点 ： 在 低 风速 时 ， 速 能 够 根据 风 速 的变 化 而 变 化 ， 样 转 这
懑 豇盈 重
Ｃｌａ ｅ ｇ ｅ ｎ Ｅｎ ｒ ｙ
第２ ６卷 第 ６ 期
２ １ 年 ６月 ００
电 网 与 清洁 能 源
Ｐ ｗ ｒＳ ｓ ｍ ｎ ｌ ａ ｅ ｇ ｏ ｅ ｙ ｔ ａ ｄ Ｃ ｅ ｎ Ｅｎ ｒ ｙ ｅ
Ｖ０ ．６ Ｎｏ． １２ ６
Ｊｎ ２ １ ｕ ．００
ｔｒ ｎ ｎ１ｔ ｐ ｒ ｔ ｎ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ ｏ ｕ ｂｉｅ ａ （ ｈｅ ｏ ｅ ａｉ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｆＤＦＩ ．ａ ｄｅ ｏ ｌｎ ｏ ｃ Ｇ ｃ ｕｐ ｉｇ ｃ ｎｔｏ ｅｈ ｄｏ ｔ ｃｉｅａ ｄｒ ａ ｔｖ ｗｅ ｆ ｏ ｒ ｌ ｌｏ ｆｈｅａ ｔ ｎ ｅ ｃ ｉｅＤｏ ｒ ＤＦＩ ｂ ｅ ｎｔｅ ｅ ｒ ｖ ｏ Ｇ ａｓｄ ｎ ｈ ｎａ ｍｕｎ ｎｄｅ ｅ ｇ＇ｒ ｃ ｎ ｒ ｐｏ ｅ ， ｂｙｍ ｅ ｎｓｏ ａ ａｙ ｉｇ ｌｘｉ ｌ ｗｉ ｎ ｒ ｙｔａｋｉ ｇｉ ｐ ｏ ｓ ｄ ｓ ａ ｆ ｎ ｌｚｎ ｔ ｅｓ ｅ ｉ ｃｐ ｏ ｅ ｓｏ ｏ ｔｏｌｎｇｔ ｏｏ ｐ ｅ ｆＤＦＩ ｔ ｒ ｃ ｈ ｐ ｃｆ ｒ ｃ ｓ ｆｃ ｎｒ ｌｉ ｈｅｒ ｔｒｓ ｅ ｄ ｏ ｉ Ｇ ｏ ｔａ ｋ ｎａ ｉｌ ｌ ｎ ｎｅｇ ． ｅ ａｃ ｎｒ ｌ ｙ ｔｍ ｏ ｌｎ ａ ｋｉｇｔ ｅ ｌ ｘｎｕｎ ｄｅ ｒ ｙ Ｔｈ ｎ． ｏ ｔｏ ｓｅ ｍ ｄｅ ｒｒ ｃ ｎ ｗｉ ｓ ｆ ｔ ｈ ｍ ａ ｎ ｍ ｎ ｎ ｒｙｂ ｅ ｎａｓａｏ ｕｘ ｏ ｉｎｔｄｖ ｃｏ ｏ ｒ ｌ ｘｉｍ ｗｉｄ ｅ ｅ ｇ ａｓ ｄｏ ｌｔｒｆ － ｒｅ ｅ ｅ ｔｒ ｎｔｏ ｌ ｃ ｉ ｉ ｔ ｉ ｌ ｔ ｎｎ ｗｈ ｃ ｓ ａ ｌｄｏ ｔ ｓ ｈ． ｈｅｓｍｕ ａｉ ｆ ｉｈｉ ｎ＇ ｕｔ ｈＰＳＣＡＤ ＭＴＤＣ． ｂｕ ｏ ｔ ｅ ｗｉ Ｔｈ ｓ ｓ ａ ｅｖ ｒｆ ｄｔｅｆ ａ ｉｉｉｙｏ ｔ ｏ ｒ ｌｔａｅＴ． ｅｒ ｕＩ ｖ ｅｉ ｅ ｓｂ ｌ ｆｈｅｃ ｎｔｏ ｒ ｔｇ ｅ ｔｈ ｉ ｈ ｅ ｔ ｓ Ｋ ＥＹ Ｏ Ｒ ＤＳ：ｗｉｄ ｔ ｂ ｎ Ｗ ｎ ｕｒ ｉ ｅ；ｍａ ｉ ｍ ｎ ｎ ｒ ｙ ｔａ ｋｉｇ； ｘ ｍｕ ｗｉ ｄ ｅ ｅ ｇ ｒ ｃ ｎ
变速恒频风力发电机风能最优控制
速 恒 频 风 电机 为 研 究 对 象 ， 建 风ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电机 在 特 定 风 资 源 下 年 能 量 输 出 的优 化 模 型 ， 构 以尽 可 能 实 现 年 能 量 输 出 最
式 中 ：—— 空 气密度 ； ｐ
最佳叶尖速比法 由于物理结构简单 、 实现简单等 特点 而被 采用 ； 但在 实 际运行 过程 中 ， 们 参考 的 人
ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ｇ ａ ａ ｏ ｍａ ｉ ｚ ｈ ｎ ｕ ｌｅ ｅ ｇ ｕ ｐ ｔ ｓ ｍｕ ｈ ａ ｏ ｓ ｌ ，ｔ ｏｖ ｉ ｍｏ ｅ ｄ ｆ ｄ ｐ ｒ — ｐ ｉ ａｉ ｏ ｌｗ ｓ ｔ ｘ ｍｉｅ ｔｅ ａ ｎ ａ ｎ ｒ ｏ ｔ ｕ ｃ ｓ ｐ ｓ ｉ ｅ ｏ ｓ ｌｅ ｔ ｓ ｍｉ ｏ ｙ ａ ｂ ｈ ｄ ｌａｍｏ ｉ ｅ ａ ｔ ｉ ｉ ｃｅ ｓ ａ ｔ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ａｇ ｒ ｈ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ Ｉ ｏ ａｉｏ ｔ ｈ ｒ ｉ ａ ｅ ｉｎ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ｎ ｕ ｂ ｎ ， ｌ ｗ ｒ ｏ ｔ ｈ ｍｉａｉ ｌｏ ｔ ｍ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ． ｎ ｃ ｍｐ ｒ ｎ ｗｉ ｔ ｅ ｏ ｇ ｎ ｌｄ ｓｇ ａａ ｔｒ ｆｗｉｄ ｔｒ ｉ ｅ ｏ ｉ ｓ ｈ ｉ ｔ ｅ ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗｅ ｂ ｉｕ ｄ ａ ｔｇ ｓ ｈ ｐ ｉ ａ ｉ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｄ ｏ ｖｏ ｓ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ，ｗｈｃ ｅ ｉ ｅ ｈ ｅ ｓｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｐ ａ ｔｃ ｌ ｙ ｏ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｍｉ ｏ ｓ ｉｈ ｖ ｒ ｉｓ ｔ ｅ ｆａ ｉｉ ｔ ｎ ｒ ｃｉａ ｉ ｆ ｔｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｆ ｉ ｔ ｍｅ ｈ ｄ ｔ ｏ ．Ｍｅ ｎ ｉ ，ｔ ｅ ｒ ｌ ｔ ｎ ｈ ｐ ｂ ｔ ｅ ｎ ｕ ｌｅ ｅ ｇ ｕ ｐ ｔａ ｄ ｔ ｐ ｅ ａ ｉ ｅ ｈ ｎ ｉ ｇ ｔ ｅ ｓ ａ ｅ ｐ — ａ ｗｈｌ ｅ ｈ ｅ ａｉ ｓ ｉ ｅｗｅ ｎ ａ ｎ ａ ｎ ｒ ｏ ｔ ｕ ｎ ｉ ｓ ｅ ｄ ｒｔ ｗｈ ｎ ｃ ａ ｇｎ ｈ ｐ ａ ｏ ｙ ｐ ｏ ｈ ｒ ｍｅｅ ｎ ｃ ｌ ａ ａ ｔｒｏ ｅｂ ｌ ｄｓｒｂ ｔ ｎ ｗａ ｉｃ ｓ ｅ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅｙ ｔ ｏ ｌ ｅ ｃ ｎ ｌ ｄ ｄ ｆｏ ｈ ｉ — ａ ｔｒａ ｄ ｓ ａｅ ｐ ｒ ｍｅｅ ｆ Ｗ ｉ ｕｌ ｉｔ ｕ ｉ ｓｄ ｓ ｕ ｓ ｄ， ｅ ｐ ｃｉ ｌ．Ｉ ｃ ｕ ｄ ｂ ｏ ｃｕ ｅ ｒ ｍ ｔ ｅｓｍｕ ｉ ｏ ｖ ｌｔ ｎ ｒｓ ｌ ｈ ｔｔ ｅ ｗ ｎ ｎ ｒ ｕ ｐ ｔ ｓｍｏ ｅ ｄ ｐ ｎ ｅ ｔ ｎ ｔ ｅ Ｗ ｅｂ ｌ ｓ ａ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｈ ｎ ｔ ｅ Ｗ ｅｂ ｌ ｓ ａ ｅ ａ ｉ ｅ ｕ ｔ ｔ ａ ｈ ｉ ｄ ｅ ｅｇ ｏ ｔｕ ｒ ｅ ｅ ｄ ｎ ｈ ｉ ｕ ｌ ｃ ｌ ａ ａ ｔｒｔ ａ ｈ ｉ ｕｌ ｈ ｐ ｏ ｓ ｙ ｗａ ｏ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ．Ｔ ｉ ｉ ｌ ｄ ｔ ａ ｔ ｅｗｉ ｄ ｅ ｅ ｇ ｕｐ ｔｗ ｓｍｏｅ ｄ ｐ ｎ ｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｎ ｗ ｎ ｐ ｅ ａ ｅ ｓ ｅ ｄ ｄ ｓ ａ ａ ｔ ｒ ｈ ｓ ｍｐ ｉ ｈ ｔ ｈ ｎ ｎ ｒ ｏ ｔ ｕ ａ ｒ ｅ ｅ ｄ ｎ ｈ ａ ｉ ｄ ｓ ｅ ｄ ｔ ｎ ｔ ｐ ｅ ｉ— ｅ ｙ ｏ ｈ ｈ
变速恒频风力发电最大风能控制策略的研究
能源、环境是 当今人类生存和发展所要解决的紧 迫问题。常规能源 以煤 、石油、天然气为主 ，它不仅 资源有限，而且造成了严重的大气污染 。因此 ，风能 作为一种无污染 、可再生的绿色能源 ，已得到人们的 广泛关注 。无论是在远离电网的边远农村还是在有电 网的城市地区都具有巨大的发展潜力。目前尤以变速 恒频风力发电系统最受欢迎 ，因为 ，该风力发电系统 较之传统的恒速恒频风力发 电系统有许多优点 ： 低速 时它能够根据风速的变化，在运行 中保持最佳叶尖速 比以获得最大风能 ；高风速时利用风轮转速的变化 ， 储存或释放部分能量 ，使功率输 出更加平稳 ［ 】 】 。
式 中： 为风力机功率系数 ； Ａ为风力机扫掠面积 ； Ｐ 为空气密度；ｖ 为风速。 实际上 ， 就是风力机将风能转换为机械能的效 率 ，它是叶尖速 比 和桨叶节距角 ａ的函数。可见 ，
在风速 一定的情况下 ，发电机 获得的输入 机械 功率
捕获最大风能 、提高风力发电机的运行效率是变 速恒频风力发电方式 的本质要求。在文献 【 中，提到 ２ 】 了多种实现变速恒频的发 电方式 ，但其 中交流励磁双 馈发 电机方案最具优势。由于交流励磁变频器只需供
Ｌ ＮＧ ， Ｉ Ｙｕ ＺＨＡＮＧ ｏ ｇ ｚ ｕ ｎ Ｔ ｎ －ｈ ａ ｇ
（ｈ ｃ ｏ ｌ ｆｎｏｍａｉｎａ ｄ ｌ ｔｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｃ ｉａ ｉｅｓ ｙ Ｔ ｅ ｈ ｏ ｏ ｆｒ ｔ ｅ ｒ ａ Ｅ ｇｎｅ ｎ ， ｈｎ ｖｒｉ Ｓ Ｉ ｏ ｎ Ｅ ｃｉ ｉ Ｕｎ ｔ ｏ ｉ ｎ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｘｕ ｈ ｕ２ １ ０ ， ｈｎ ） ｆ ｎ ｇａ ｄ ｃ ｎ ｌｇ ， ｚ ｏ ２ ０ ８ Ｃ ｉａ Ｍ ｉ Ｔ
无刷双馈风力发电机的最大风能追踪控制策略
—
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 ４８ ３ ） ５００
摘
要 ： 于无刷双馈风 力发 电机 （ Ｄ Ｍ） 基 Ｂ Ｆ 特殊 的结构特点和 工作原理 ， 从转子参考轴 ｄ—ｑ 型 出发 ， 建 Ｂ Ｆ 模 构 Ｄ Ｍ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
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ － ｆ ｅ ｄ ｗｉ ｎ ｄ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ（ Ｄ Ｆ Ｉ Ｇ） ； ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ； ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｗｉ ｎ ｄ ｅ ｎ ｅ ｒ ｙ ｇ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ； ｃ ｌ ｉ ｍｂ ｉ ｎ ｇ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
第２ ５卷
第 １ 期
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报
Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ｓ Ｕ— Ｅ Ｐ Ｓ Ａ
Ｖｏ１ ． ２ ５ Ｎｏ ． １ Ｆｅ ｂ ．２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 ２月
变速恒频风力发 电系统最大风能追踪 的控制
ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｙ ｉ ｎ ａ ｎ ｕ ｎ ｋ ｎ ｏ ｗｎ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｗｉ ｔ ｈ ｏ ｕ ｔ ｄ ｅ ｐ ｅ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗ ｉ ｎ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍａ ｌ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ
ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｙ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｃ ｌ ｉ ｍｂ ｉ ｎ ｇ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｂ ｙ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ ｗｉ ｎ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｉ ｇ ｉ ｎ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｙ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ， ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｗ ｉ ｔ ｈ ａ ｓ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ ｌ ｆ ｕ ｘ — ｏ ｉｅ ｒ ｎ ｔ ｅ ｄ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ — ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｙ ． Ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｃ ａ ｎ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ＭＰ Ｐ Ｔ ｑ ｕ ｉ ｃ ｋ ｌ ｙ ａ ｎ ｄ
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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。
风电机组的寿命与风电机组的技术有很大关系，通过变转速、恒频率的风
电机组，可以将机组的损伤降到最低，提高机组的使用寿命，降低机组的运营费用。
此外，采用变频调速技术，对噪音的压制效果更好。
通过对电力系统的分析，提出了一种基于微机的电力系统的电力系统设计方法。
3风力发电系统最大风能追踪控制方式
3.1最大风能追踪控制原理
“最大风能跟踪控制”要求在满足实际风力的前提下，对发电机组的实时运
行状况进行持续的调节，最好的情况是：当前的风力足够将风力发电机的叶片的
转速提升到额定值，将风力发电的效率提升到最大的额定值。
不过，这个时候，
就需要对“风能捕获”的控制了。
如果没有这一点，叶片的速度就会变得更快，
甚至有可能失去控制。
总的来说，风力发电机的出力是在叶片速度到达一定程度后，才能达到最大的。
这个数值被称作“最佳转速”，当它达到时，风力发电机
的“叶尖速比”将达到最大，风力发电效率也将提升至最高。
这样就可以最大限
度地捕捉风力了。
总之，风电机组在“变化”的情况下，需要按照特定的风速值，不停地调节机组的速度。
若能让风力发电机的旋转速度与“最优功率曲线”保持
一致，则可获得最大的风力发电效率。
在风力发电系统的实际运行过程中，因为
双馈风力发电机具有变速齿轮，所以它的作用是：可以将发电机的转速最高提高
到风力机转速的N倍（这里的N并不是随机常数，而是一个定值，也就是变速齿
轮的增速比）。
所以，通过对发电机的旋转速度的有效控制，就可以实现“不管
风力大小怎样，风力发电机组的旋转速度都可以达到最优旋转速度，从而得到最
优的叶顶速比和最大的输出功率”的目标。
但是，以上的理论都只是在实验中提
出，实际应用中，实际风速和风场的测试精度还达不到实验的要求，所以很难确
定最优旋转速度。
为了解决该问题，需要通过调节风电机组的有功输出来调节风
电机组的速度，从而在无法精确精确定位的条件下，保证风电机组的出力最大化。
这样的话，“最大限度地控制风力发电”就基本完成了。
3.2发电机矢量变换控制系统
发电机矢量变换控制系统由两个功率转换器组成，连接到转子的转换器是转
子侧整流器，连接到电网的整流器是电网侧整流器。
在转子侧，电机的方向调节
通过定子磁场实现，而在电网侧，电机方向调节则通过电网电压实现。
该控制系
统采用双闭环控制，外环为功率控制环，内环为功率控制环，内环为功率控制环。
功率控制环与风力相结合，计算优化的有功功率P*，Q*无功功率设定点可根据电
网的无功功率需求或发电机功率消耗角计算。
比较指令P*至Q*和功率反馈值P
至Q，差由功率调节器PI操作，分别产生定子电流的无功分量和有功分量I*M1、I*T1的指令输出。
对i*m1、i*t1的其他操作使得可以获得转子电流的无功分量
和有功分量i*m2、i*t2，将其与转子电流的反馈进行比较，并将其差分地发送到
电流调节器Pi，调整后的电压分量Um2、Ut2与电压补偿分量一起，使得可以获
得转子的电压分量Um2*、Ut2*，并且通过旋转变换，为了获得对应于发电机转子
的三相电压的控制分量，还可以获得Ua*、Ub*、Uc*。
坐标转换后，在SPWM中进
行调制，并在转子侧发送整流控制信号，从而实现发电机的实时控制。
3.3风速不变情况下“最大功率点”的追踪算法
当风速恒定时，风电机组的出力随风速变化的规律满足“一凸函数”，也就
是仅存在一个极值点。
所以，可以通过分析曲线的坡度的变化情况，来判断最大
功率点的搜索方向，步长的具体情况，从而可以在很短的时间内搜索到“最大功
率点”。
从实测数据（当风力保持不变时，风力与速度之间将形成一条特殊的曲线）可以看出，若搜寻工作点与最大速度点“逐渐远离”，则风力发电机组的速
度变化将极大地影响风力发电机组的出力；但随着搜寻工作点逐步逼近或靠近最
大功率，这时，风力机的速度变化对风力机的输出并不会有较大影响。
在这样的
设计下，最大风力发电的工作点和最大功率点之间，就会建立起以下的数学关系：若两者之间的距离越大，相对斜率的绝对值就越大。
当两个点无限接近时，斜率
就会无限接近0。
要想将以上的跟踪控制思想付诸实践，就必须引进“模糊控制”的机理。
而其构成原则是：输入→论域转换→模糊化、模糊推理、明确化、反论
域转换→输出。
另外，当风速不在改变时，则会影响到最大功率跟踪方法的运行
方式。
因此，在实际运行前，需要先测量出目前的风速。
若忽视这一步，将使测
定的结果产生偏差。
3.4双馈异步式发电机的数学模型建立
建立了异步双电源发生器的数学模型，以分析控制变量之间的关系，坐标系
M-T是一个双相同步速率旋转型坐标系，其中轴M定义为定子磁通矢量。
ψ1方向，轴M和T上的磁通量分量分别为ψm1=ψ1和ψt1=0。
由于发电机定子侧的
频率是定子电阻远低于定子绕组的电抗且可忽略不计的工作频率，因此发电机的
感应电势E1可被视为等于定子侧的电压U1。
E1在90度之后，因此E1和U1在
轴T的负方向上，其中UM1=0和UT1=-U1。
不考虑定子电阻，发电机的定子磁通
量是恒定的，其数值是定子压力与同步角速度之比。
4结论
基于双馈感应式风电机组的最大风能跟踪控制，其实现方法并不复杂，其基
本思想是：基于机组的最大输出功率、转速和风能利用系数，并与实际风速相关联，使机组的功率在最大值处保持稳定。
在此基础上，“最大限度地跟踪和控制
风力发电”在客观上得以实现。
参考文献：
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程技术大学，2021.
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业大学，2021.
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