风力发电中的最大风能跟踪

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双馈风力发电系统最大风能追踪控制

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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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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
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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
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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

双馈风力发电机最大风能追踪策略的研究

ＥＥＴＲＣＤＲＶＥ２０Ｖｏ．８Ｎｏ１ＬＣＩＩ０８＿３１．２
电气传动
２００８年第３８卷第１期２
双馈风力发电机最大风能追踪策略的研究
谢桦，张德宏，姜久春（北京交通大学电气工程学院，北京１０４）００４
ｍａｈｍａｉａｄＩｎｔｏｔｏｔａｅｙａｅｃｎｉｍｅｙＭａｌｂＳｍｕｉｋ，ａｄｃｍｅｔｏｃｕｉｎｔｅｔｃｌｍｏｅｄｉｓｃｎｒｌｓｒｔｇｒｏｆｒｄｂｔ／ｉｌａａｎｎｏｏａｃｎｌｓｏ．
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变速恒频双馈风力发电机的最大风能追踪控制

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风力发电系统的MPPT算法及实现

风力发电系统的MPPT算法及实现风力发电系统的MPPT算法及实现一、引言风力发电作为一种清洁、可再生的能源，受到了广泛关注。

在风力发电过程中，最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)算法的设计和实现对提高风力发电系统的电能输出效率至关重要。

本文将重点介绍风力发电系统的MPPT算法及其实现方法。

二、风力发电系统的原理风力发电系统由风轮、发电机、转换器和电网组成。

风轮将风能转化为机械能，通过发电机将机械能转化为电能，再经过转换器将电能转化为适合电网输入的电能。

在风力发电系统中，风轮的转速与发电机输出电压和电流之间的关系是非线性的。

为了使系统能够以最大效率工作，必须对风力发电系统进行MPPT控制。

三、MPPT算法的原理MPPT算法的目标是通过调整发电机的电压和电流，使得系统在任何风速下都能以最大功率输出。

最常用的风力发电系统的MPPT算法是皮尔斯(Perturband Observe, P&O)算法。

该算法的原理是通过不断扰动发电机的电压和电流，观察此时系统的功率变化情况，从而找到最大功率点。

具体的算法步骤如下：1. 根据当前风速和发电机特性曲线，设置初始电压和电流；2. 测量当前电流和电压，并计算出系统的功率；3. 对电压或电流进行微小扰动，比较扰动前后系统功率的大小；4. 若功率增加，则继续以相同方向扰动电压或电流；若功率减小，则改变扰动方向；5. 循环执行步骤3和步骤4，直到找到最大功率点。

四、MPPT算法的实现MPPT算法的实现需要有合适的控制器进行支持。

在风力发电系统中，常采用微处理器或DSP作为控制器，实现MPPT算法。

控制器的具体实现步骤如下：1. 采集风速和发电机的电流和电压信息；2. 根据采集到的信息，通过MPPT算法计算系统的最大功率点；3. 调整发电机的电压和电流，使其工作在计算得到的最大功率点；4. 不断更新发电机的电压和电流，保持系统在最大功率点工作。

风力发电中的最大风能跟踪

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变步长爬山法的实现方法
谢谢！
在定桨距情况下，CP与在不同的风速下成如下图所示的关系：
C POP
w
从图上可以看出，在定桨距情况下最大风能跟踪实质上就是控制发电机组的转速。
三、风力发电最大风能跟踪技术简介
1.最佳叶尖速比法当风速可测时，可以采用最佳叶尖速比法。根据风轮机功率特性，可以事先确定每一风速下的最佳的叶尖速比λ*，然后实时测量实际风速和机组转速，并调节发电机转速维持实际的λ 等于λ * ，从而获得最大风能。但是由于风速的随机性和不确定性，实时测量风速会增加系统的成本和实际执行的难度，其精度也难以保证。其控制框图如下所示：
我们已知是叶尖速比和桨叶节距角的函数，即： CP ( , ) 在固定的风速下，得到下面的风机特性曲线：
根据桨距角是否可调，风机又可分为定桨距和变桨距风机两种，在定桨距风机中，是不可变的，在风速一定的情况下，CP与成单一的函数关系，这样就可以简化我们的控制。

风力发电系统的运行区域：
双馈风力发电系统结构示意图
二、风力机的运行特性
一些基本概念由空气动力学理论可知风机的输入功率（即通过风轮旋转面的风能）为：
其中：为空气密度，一般为1.25kg/m3 ； Sw为风机叶片迎风扫掠面积；为空气进入风机扫掠面以前的风速。
1 Pv Swv3 2
v
考虑到风机的输入功率并不能被完全转化为主轴上的机械功率 Po ，引入风能利用系数：
传统的爬山法采用固定步长，当风速变化较快时，转速不能快速地响应风速的变化；而风速波动较小时，又容易引起振荡。因此在此介绍一种变步长爬山法进行最大风能跟踪控制，在传统固定步长算法基础上，引入了随风速变化快慢而调整步长的机制。

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。

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。

双馈风力发电系统最大风能追踪控制的研究

４ＮｏｔｗｓＨｙｒｎｕｔｇＥｎｉｅｒ，．ｒｅｔｄｏＣｏｓｌｎｇｎｅｓＣＨＥＣＸｉａ０６，ｈａｘｒｖｎｅＣｉａｈｉＣ， ’ｎ７１０５ＳａｎｉＰｏｉｃ，ｈｎ）
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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１２Ｉ。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
ＣｌａｅｇｅｎＥｎｒｙ
第２６卷第６期
２１年６月００
电网与清洁能源
ＰｗｒＳｓｍｎｌａｅｇｏｅｙｔａｄＣｅｎＥｎｒｙｅ
Ｖ０．６Ｎｏ．１２６
Ｊｎ２１ｕ．００
ｔｒｎｎ１ｔｐｒｔｎｃａａｔｒｓｉｓｏｕｂｉｅａ（ｈｅｏｅａｉｈｒｃｅｉｔｆＤＦＩ．ａｄｅｏｌｎｏｃＧｃｕｐｉｇｃｎｔｏｅｈｄｏｔｃｉｅａｄｒａｔｖｗｅｆｏｒｌｌｏｆｈｅａｔｎｅｃｉｅＤｏｒＤＦＩｂｅｎｔｅｅｒｖｏＧａｓｄｎｈｎａｍｕｎｎｄｅｅｇ＇ｒｃｎｒｐｏｅ，ｂｙｍｅｎｓｏａａｙｉｇｌｘｉｌｗｉｎｒｙｔａｋｉｇｉｐｏｓｄｓａｆｎｌｚｎｔｅｓｅｉｃｐｏｅｓｏｏｔｏｌｎｇｔｏｏｐｅｆＤＦＩｔｒｃｈｐｃｆｒｃｓｆｃｎｒｌｉｈｅｒｔｒｓｅｄｏｉＧｏｔａｋｎａｉｌｌｎｎｅｇ．ｅａｃｎｒｌｙｔｍｏｌｎａｋｉｇｔｅｌｘｎｕｎｄｅｒｙＴｈｎ．ｏｔｏｓｅｍｄｅｒｒｃｎｗｉｓｆｔｈｍａｎｍｎｎｒｙｂｅｎａｓａｏｕｘｏｉｎｔｄｖｃｏｏｒｌｘｉｍｗｉｄｅｅｇａｓｄｏｌｔｒｆ－ｒｅｅｅｔｒｎｔｏｌｃｉｉｔｉｌｔｎｎｗｈｃｓａｌｄｏｔｓｈ．ｈｅｓｍｕａｉｆｉｈｉｎ＇ｕｔｈＰＳＣＡＤＭＴＤＣ．ｂｕｏｔｅｗｉＴｈｓｓａｅｖｒｆｄｔｅｆａｉｉｉｙｏｔｏｒｌｔａｅＴ．ｅｒｕＩｖｅｉｅｓｂｌｆｈｅｃｎｔｏｒｔｇｅｔｈｉｈｅｔｓＫＥＹＯＲＤＳ：ｗｉｄｔｂｎＷｎｕｒｉｅ；ｍａｉｍｎｎｒｙｔａｋｉｇ；ｘｍｕｗｉｄｅｅｇｒｃｎ

双馈型风力发电机最大风能追踪控制研究

双馈型风力发电机最大风能追踪控制研究作者：滕志飞张永刚朱乐来源：《农业科技与装备》2018年第02期摘要：风力发电是利用风能的一种有效手段，提高风能利用率成为风力发电研究中的重要内容。

提出一种风力发电最大风能追踪控制技术，通过控制双馈型风力发电机转速最优曲线，实现不同风速下的最大风能追踪，用以提高风力发电效率和降低发电成本。

关键词：风力发电；最大风能追踪；双馈电机；仿真中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）02-0024-03近年来，随着世界各国对新能源发电的不断关注和技术的不断发展，新能源发电系统的装机量不断加大，而其中风力发电是新能源发电的主要手段，风力发电的总装机量和单机容量都在逐年加大。

大力发展风力发电系统是我国电力可持续发展战略的必然趋势，同时我国地域辽阔，风能储量大，很适合风力发电发展。

在风力发电系统中，变速恒频发电系统相对于恒速恒频系统具有更高的运行效率，因此越来越受到重视。

本课题重点研究双馈型变速恒频风力发电的最大风能跟踪技术。

1 双馈型风力发电系统风力发电机主要由风力机和发电机两部分组成。

风力机利用空气流动的动能推动风轮旋转并将其转换为机械能，发电机将风力机传送来的机械能转变为电能输送给负载。

目前使用的风力发电机主要有两种：鼠笼式异步发电机和绕线式异步发电机。

前者转速受电网频率的约束基本保持不变，而风力机是随转速变化的，因此很难达到最高的风能转换效率；后者可与转子输入相位、幅值和频率可调的三相交流电进行交流励磁发电，成为双馈发电机。

通过调节励磁电流，发电机可在风力机保持最佳叶尖速比的情况下恒频输出，这样便于并网运行，且风能利用率接近最大值，有利于电网的稳定运行。

双馈型风力发电机系统结构框图如图1所示。

2 最大风能追踪随着风力发电技术的快速发展，双馈型风力发电系统因在最大风能追踪上具有在一定范围内变速运行的特点，其优势也逐渐显现出来。

双馈型风力发电机的最大风能追踪是指系统工作在启动风速和额定风速之间时，风力发电机在运行时的CP（功率系数）值保持最大。

直驱式风力发电系统最大风能追踪策略研究

解决我国偏远地区农牧民的用电需求。
２风力机特性［１ｌ
风力机通过桨叶把风能转化成机械能．提供转
矩以驱动机械负载。按照贝兹原理，风力机从风中捕获的机械功率为：
式中Ａ —风力机扫掠面积 —
ＰＯ５Ａｖ－ｐ＝．
（中国矿业大学，江苏徐州２１０）２０８
摘要：充分利用风能是风力发电控制的主要目的之一，为达此目的，于原有的直驱式风力发电系统电路拓扑基结构．在整流器和逆变器之问加入了Ｂｃ．ｏｓ电路，ｕｋＢｏｔ通过控制该电路中开关器件的开断，保证该风力发电系统输出有效电压，从而保证有功功率流向电网或负载，实现风力发电系统的最佳功率系数。基于风力发电机输出功率特性曲线．细阐述了采用该风力发电系统实现最大风能利用的搜索算法。该算法具有不再需要测风速和电机转速的详优点。通过实验验证比较，系统能实现风能的最大利用。新关键词：变换器：风力发电；同步发电机／最大风能利用搜索算法
ｉｅｅ．ｙｉｒｓｇｏｅｒａｉｅｄｔｃｃｆｈｕｋＢｏｔｏｖｒｒｔｅＲｏ－ｅｎＳｕｒ（ＭＳｏｔｔｎｒｒｃｅｉｒｃｅｓｇｔｕｙｌｏｅＢｃ－ｏｓｃｎｅｅ，ｏｔａ－ｑａｅＲ）ｆｕｐｖｔＢｎａｎｄｎｈｙｅｔｔｈＭｏｕ
Ｍａｉｕｏｅｏｎｒｃｉｇ（Ｐｓａｃｉｇａｏｔｍｗｓｌｏａｄｗｔｏｔｐｅｅｓｒ．ｅｔｓｒｅｔａｅｘｍＰｗｒｉＴａｋｎＭＰＴ）ｅｒｈｎｌｒｈａａｒｔｉｕｅｄｓｎｏｓｔｐｏｔｈｍＰｔｇｉｅｂｅｈｓｅｓｖｈｔ

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。

最大风能追踪的实现原理

最大风能追踪的实现原理
最大风能追踪的实现原理是基于风力发电机的追踪系统。

风力发电机是一种利用风能来产生电力的设备，其追踪系统的目的是使发电机始终面向风的方向，从而获得最大的风能利用效率。

最大风能追踪的实现原理主要包括以下几个方面：
1. 风向测量：追踪系统首先需要确定风的方向。

这可以通过安装风向传感器或使用其他风向测量方法实现。

风向传感器通常安装在发电机的轴上或者直接安装在发电机的机身上。

它能够实时测量风的方向，将相关数据传输给控制系统。

2. 风速测量：追踪系统还需要测量风的速度。

这可以使用风速传感器实现，风速传感器通常安装在发电机桨叶上或者发电机旁边。

通过测量风的速度，系统可以判断风的强弱，并根据这些数据进行相应的调整。

3. 追踪算法：追踪系统使用追踪算法来根据风向和风速的测量数据来确定风机的方向。

常见的算法包括最大功率点追踪算法和最大效率追踪算法。

最大功率点追踪算法通过不断调整发电机转向来实现最大功率的输出，而最大效率追踪算法则通过调整发电机的转速和桨叶的角度来实现最高的效率。

4. 控制系统：最大风能追踪的实现还需要一个控制系统，它用于接收风向和风速的测量数据，并根据追踪算法来控制风力发电机的转向和转速。

控制系统通常由微处理器或控制器组成，它可以自动监测和调整发电机的运行状态。

总的来说，最大风能追踪的实现原理是通过风向传感器和风速传感器测量风的方向和速度，然后依靠追踪算法和控制系统来控制风力发电机的转向和转速，从而实现最大风能的利用。

这种追踪系统可以提高风力发电机的输出效率，减少能源浪费。

风机最大风能追踪方法综述

风机最大风能追踪方法综述【摘要】介绍了四种风机最大风能追踪MPPT，包括基于风速的最优叶尖速比法、爬山搜索法、功率信号反馈控制法、风速软测量法。

并选取了最为常用的功率信号反馈控制算法进行MATLAB仿真建模，仿真结果表明该方法能较快、较准确的实现MPPT功能。

关键词MPPT；最优叶尖速比法；爬山搜索法；功率信号反馈控制法；风速软测量法0引言国家大力发展新能源，风力资源作为清洁且可再生的新能源，得到了国家的大力重视。

风力发电具有间歇性、波动性的特点，对风机的最大风能追踪方法的研究极为重要。

实现风机的最大风能追踪，能最大限度的利用风能，提高风电机组的总发电量。

本文介绍了四种最大风能的追踪方法，并对其进行分析对比。

1最大风能追踪方法简介1.1基于风速的最优叶尖速比法最优叶尖速比法就是通控制转速使得转速与风速比值保持在一个最优值，以追踪最大功率。

风力机吸收机械功率：在桨距角一定的情况下要想使得风力机吸收功率最大，则需要使取到最大值。

根据风能利用系数随叶尖速比变化的曲线可知，存在一个叶尖速比使得风能利用系数取得最大值，这个叶尖速比即为最优叶尖速比,维持在最优叶尖速比就可以实现，各种风速下的最大功率追踪。

这种方法控制目标明确，原理简单。

并且由于风机自身变桨距控制，以及启动控制系统需要风速计测量风速，所以这种控制方法实现容易。

但是这一个方法需要通过风速计测量风速，但是风速计测到的只是一点或者几点的风速，并不完全反应作用在风机叶片上的风速，并且风速计自身存在惯性本身也有测量误差和延迟，所以这种方法对最大功率的跟踪精度不大。

使风电机组能获得最大的输出功率。

并且每一风机都有一特定的最佳叶尖速比，它与风机以及发电机的特性有关，所以这种方法难以推广，基本不再使用。

1.2爬山搜索法在增加或者减小风机转速之后，通过比对改变转速前后风机输出的功率，确定当前转速与最佳转速的之间的大小关系，来确定继续增速还是降低速度。

爬山搜索算法不需要测量风速,也不需要事先知道具体风轮机的功率特性。

风力发电控制系统中的最大功率点跟踪算法研究

风力发电控制系统中的最大功率点跟踪算法研究随着环保意识的提高，新能源逐渐成为全球范围内的焦点。

其中，风能作为一种绿色、清洁的能源资源，受到越来越多的关注。

风力发电技术的不断创新和发展，推动了风能产业的快速发展。

然而，在风力发电系统中，风机的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT)一直是一个研究热点和难点。

风力发电系统的控制设计是保证风机在不同气象条件下输出最大电功率的关键。

而一个重要的控制策略就是MPPT算法技术。

MPPT算法是指根据当前风速和风机出力来估计最大功率点电压的控制方法。

然而，由于风能发电存在气象且难以预测，风机输出功率的非线性和时变性等因素，导致MPPT算法的研究和实现十分复杂。

在目前的研究中，有三种常见的MPPT算法：模拟式算法、启发式算法和精确式算法。

模拟式算法是最早应用的一种MPPT算法，其基本思路是通过对风机输出功率曲线进行分析，找到最大功率点，进而控制风机工作电压和变桨角度。

然而，该算法有以下缺点：其不易对复杂气象条件进行适应，不能准确地确定平稳工作状态，难以满足各种气象条件下的MPPT需求。

启发式算法是基于遗传算法、人工神经网络、模糊推理等技术进行最大功率跟踪的控制方法，可较好地解决模拟式算法的缺点。

相比模拟式算法，启发式算法在复杂气象条件下表现更为优越，能够提高风能系统的效率。

但是，启发式算法的计算时间较长，复杂度较高，不利于实时控制和应用。

精确式算法是目前最为常用的MPPT算法之一，它基于模型预测控制和神经网络等理论，在保证系统性能和稳定性的前提下，能够进行强大的MPPT跟踪控制。

提供了更为精确的功率跟踪性能，适用于各种复杂气象条件下的最大功率跟踪控制。

不过，精确式算法在实际应用中多需要通过风机采集器对风机性能特性进行模拟，计算量相对较大，需要使用较高的计算能力。

总之，“最大功率点跟踪算法”在风力发电系统控制中扮演着重要的角色。

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

风力发电系统中的最大功率跟踪与优化控制

风力发电系统中的最大功率跟踪与优化控制随着环境保护意识的增强和对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式受到了广泛关注。

风力发电系统的核心是风力发电机组，其效率和稳定性对整个发电系统的运行起着至关重要的作用。

在风力发电系统中，最大功率跟踪与优化控制是提高风能利用效率的关键技术之一。

最大功率跟踪是指风力发电机组通过调整叶片角度、发电机转速等参数，以确保风力发电机组从风能中获取到尽可能多的功率。

最大功率点通常发生在风速的特定范围内，此时发电机的输出功率最大。

通过最大功率跟踪技术，可以提高风力发电系统的能量转换效率，从而提高风能的利用率。

为了实现最大功率跟踪，需要采用合适的控制策略。

常用的控制策略包括传统的PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

PID控制是一种经典的控制方法，通过调节维持调节器中的比例、积分和微分参数，可以实现风力发电机组的最大功率跟踪。

模糊控制是一种基于经验的控制方法，通过将模糊数学理论应用于控制系统中，可以实现对风能的最大利用。

神经网络控制则是一种基于人工神经网络理论的控制方法，通过神经网络的学习和适应能力，可以实现对风力发电机组的最大功率跟踪。

除了最大功率跟踪，优化控制也是提高风力发电系统效能的重要技术。

优化控制通过分析和优化风力发电系统中的各个环节参数，使得整个系统的发电效率最大化。

优化控制可以从多个角度入手，如控制风力发电机组的叶片角度、转速、控制整个风力发电系统中的发电机组数量和布局等。

通过合理的优化控制，可以提高风力发电系统的整体效率，降低能源的损失。

在风力发电系统中，最大功率跟踪与优化控制有助于提高风能的利用率，并降低发电成本。

最大功率跟踪能够确保风能的尽可能高效利用，优化控制则可以从整体上提高风力发电系统的效率。

这将不仅对环境保护产生积极作用，也对电力供应系统的可靠性和可持续性产生重要影响。

然而，要实现风力发电系统中的最大功率跟踪与优化控制，并不是一件容易的事情。

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v1 v2 v3
通过前面的推导，我们可得电机转速和最大风能之间的关系如下：
Pmax
R 1 S wC p max w 2 max
3
双馈电机
A
B
C
齿轮箱并网装置风机
L
R
机侧变换器
网侧变换器
电网
双馈风力发电系统结构示意图 3.爬山法
爬山法是为了克服前两种算法的缺点而提出来的，它无需测量风速，也不需要事先知道具体风轮机的功率特性，而是施加人为的转速扰动，然后通过测量功率的变化来自动搜索发电机的最优转速点，实现方法简单，经济且高效。
Po CP Pv
它是一个与风速、叶轮转速和桨叶节距角有关的量，所谓的风力发电最大风能的跟踪就是指在风速变化的时候保持 CP 为最大的值。
定义叶尖速比
：叶片的叶尖线速度与风速之比。即：

Rww 2 Rwnw v v
w为叶片旋转的角速度，nw 为叶片旋转的速度。其中：Rw为叶片的半径，
风力发电中的最大风能跟踪
一、风力机结构
二、风力机的运行特性三、风力发电最大风能跟踪技术简介
一、风力机结构
风力机是将风能转化为机械能的机构，其性能的好坏对整个风力发电系统的效率及稳定运行有着重大的影响。如果从风力机风轮的旋转轴方向上划分可以分为垂直轴风力机和水平轴风力机两种类型。垂直轴风力机垂直轴风力机风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向，现主要有Darrieus的Φ型，Δ型，Y型， H型和其他一些型号。该结构的优点是能从任意方向获得风能，无需对风机构，无对风损失，噪音小，而且随着科技的发展逐步克服了其叶尖速比低，启动性能差等缺点，但在大功率场合的应用不多。
风速风轮机功率特性
CP
*
控制器
风能系统

2 Rw
风轮转速

2.功率反馈法该方法省去了风速检测装置，运用了能量平衡的原理，根据风机的最大功率曲线控制发电机的功率输出，逐步实现最大风能跟踪。对于不同的风轮机，最大功率曲线需要事先通过仿真或试验测得，这会增加功率反馈控制难度和实际应用的成本。
双馈风力发电系统结构示意图
二、风力机的运行特性
一些基本概念由空气动力学理论可知风机的输入功率（即通过风轮旋转面的风能）为：
其中：为空气密度，一般为1.25kg/m3 ； Sw为风机叶片迎风扫掠面积；为空气进入风机扫掠面以前的风速。
1 Pv Swv3 2
v
考虑到风机的输入功率并不能被完全转化为主轴上的机械功率 Po ，引入风能利用系数：
各运行区域风机输出的机械功率PO
启动区：
各区域发电机的输出功率Pe
在切入风速之前系统与电网断开，可调节桨距角使系统的转速恒定，当达到切入风速时进行并网控制。
最大风能跟踪区：
一般采用定桨距控制，通过对发电机子系统的控制，使风机获得的风能量最大。也可以对风机子系统和发电机子系统进行配合控制。
恒转速区：此时风力机组转速已经达到最高转速，但风力机的输出功率没有达到额定输出功率，为了保护机组不受损坏，不再进行最大风能追踪控制，而是通过风力机控制子系统调节桨叶节距角将机组转速限制到最大允许转速上继续发电运行。恒功率区：随着风速的增大，风力机输出的机械功率不断增大，发电机系统将达到其功率极限，因此必须控制机组的功率小于其功率极限。由风力机控制子系统通过变桨距控制实现机组的恒功率控制的。
我们已知是叶尖速比和桨叶节距角的函数，即： CP ( , ) 在固定的风速下，得为定桨距和变桨距风机两种，在定桨距风机中，是不可变的，在风速一定的情况下，CP与成单一的函数关系，这样就可以简化我们的控制。

风力发电系统的运行区域：
Darrieus H型
Darrieus Φ型
quietrevolution——能够获取风速低或风向比较紊乱的风能
水平轴风力机
水平轴风力机风轮的旋转轴与风向平行，有2~3片桨叶，启动能力好，技术成熟，在各个功率等级都有成熟的产品。
双馈电机
A
B
C
齿轮箱并网装置风机
L
R
机侧变换器
网侧变换器
电网
K
dPv d w
Pv Tew
限幅w 返回
变步长爬山法的实现方法
谢谢！
传统的爬山法采用固定步长，当风速变化较快时，转速不能快速地响应风速的变化；而风速波动较小时，又容易引起振荡。因此在此介绍一种变步长爬山法进行最大风能跟踪控制，在传统固定步长算法基础上，引入了随风速变化快慢而调整步长的机制。
开始脉冲计数 N m个 Y 检测 Tew
P n m Pv n dPv n m v d w w n m w n
在定桨距情况下，CP与在不同的风速下成如下图所示的关系：
C POP
w
从图上可以看出，在定桨距情况下最大风能跟踪实质上就是控制发电机组的转速。
三、风力发电最大风能跟踪技术简介
1.最佳叶尖速比法当风速可测时，可以采用最佳叶尖速比法。根据风轮机功率特性，可以事先确定每一风速下的最佳的叶尖速比λ*，然后实时测量实际风速和机组转速，并调节发电机转速维持实际的λ 等于λ * ，从而获得最大风能。但是由于风速的随机性和不确定性，实时测量风速会增加系统的成本和实际执行的难度，其精度也难以保证。其控制框图如下所示：