变速风力机的最大风能捕获控制策略研究

风力机最大能量捕获及功率稳定性研究

收稿日期：０１ｏ — ０２ｌ一１３
式中：Ｊ为系统等效到叶轮处的等效转动惯量；０６为风轮转动的角速度；为风轮获取的气动转矩；为Ｔ发电机的反力矩；为齿轮箱传动比。变桨距执行机构可以认为是一阶惯性环节：
第３总第１１）期（２期
Ｎ．（Ｕｏ１１ｏＳＭＮ．）３２
机械管理开发ＭＥＨＡＩＡＭＡＡＥＮＡＤＣＮＣＬＮＧＭＥＴＮ
２１年６月０１
Ｊｎ２ｕ．０１１
风力机最大能量捕获及功率稳定性研究
０引言
计，般节距角＝３时，最大）增大桨叶节距一。；角，风能的利用率明显减小，电机的输出功率也相应发减小；因此，当发电机输出功率大于额定功率时，通过调节桨叶减小发电机的输出功率使之维持在额定功率１，即采用变桨距控制。
随着化石资源的过渡开采濒临枯竭和环境污染问题日益严重，风能作为可再生的清洁能源已深受全世界的重视，力发电技术也得到迅猛的发展。自然界风中风速瞬息万变，别是额定风速以上的工况，力机特风有可能受到很大的静态或动态冲击。如何在低风速时使得机组可以最大程度地捕获能量，同时在高风速时保证机组功率在额定功率附近不致损坏机组，都是十分重要的问题。１变速变桨距控制过程风力机并网后，机组运行分两个Ｔ况：风速低于额定风速；速高于额定风速。风

变速风力发电的最大风能捕获控制方法

ｏｐｅｏｔｏｒｎｌｚｄａｄｔｅｔｅｒｆｏｒｃｎｒｌｓｉｔｏｕｅ．Ｆｉａｌ，ｒｃｉｅｃｎｒｌｌｃｆｓｅｄｃｎｒｌｗｅｅａａｙｅｎｈｈｏｙｏｗｅｏｔｏｐｗａｎｒｄｃｄｎｌａｐａｔｃｏｔｏｏｋｙｂｄａｒｍｆｄｕｌ —ｅｎｅｅａｏｓｓｏ．ｉｇａｏｏｂｙｆｄｗｉｄｇｎｒｔｒｗａｈｗｎＫｅｒｓｃｐｕｉｇｍａｉｍｎｏｒｓｅｄｃｎｒｌｐｗｅｏｔｏ；ｕｇｓｏｏｒａｄｔｒｕｙｗｏｄ：ａｔｒｘｍｕｗｉｄｐｗｅ；ｐｅｏｔｏ；ｏｒｃｎｒｌｓｒｅｆｐｗｅｎｏｑｅｎ
和风速的关系示于图１。从图１中看出，应对
速给定＝厂，馈量是发电机实际转速，（）反通过控制使跟随其给定变化。功率控制系统的给定量是从发电机实际转速和ＰＰ／一ｆｎｎ，曲线最大点算出的功率给定Ｐ一（／），关系，馈量是从输出电压和电流算出的风（）反力发电实际输出功率Ｐ，过控制使功率Ｐ跟随通
ＥＥＴＣＤＶＥ２ｌＶｔ４Ｎ．ＬＣＲＩＲＩＯ１ｏ．１ｏ５
电气传动２１年第４０１１卷第５期
变速风力发电的最大风能捕获控制方法
马小亮

变速恒频双馈风力发电机组控制技术

随着传统能源的逐渐枯竭和环境问题的日益严重，开发可再生能源已
成为全球的迫切需求。风能作为一种清洁、可再生的能源，具有巨大
的开发潜力。
02
风力发电技术发展
随着风电技术的不断进步，风力发电机组的功率和效率得到了显著提
高。变速恒频双馈风力发电机组作为其中的一种重要技术，具有较高
的能量捕获能力和稳定性，得到了广泛关注。
变速恒频双馈风力发电机组控制技术
2023-11-06
目录
• 引言 • 变速恒频双馈风力发电机组概述 • 变速恒频控制技术 • 双馈风力发电机组的矢量控制技术 • 双馈风力发电机组的直接功率控制技术 • 双馈风力发电机组控制技术的改进与优化建议 • 结论与展望
01
引言
研究背景与意义
01
能源危机和环境污染
直接功率控制策略的实验验证
实验平台
为了验证DPC策略的有效性，需要建立实验平台，包括双馈风力发电机组、电力电子设备
、测量仪器等。
实验过程
在实验平台上对DPC策略进行验证，通过对励磁电流、转子侧变换器电压等参数的调整，观察双馈风力发电机的运行状
态和性能指标。
实验结果分析
通过对实验数据的分析，可以评估DPC策略的控制效果和经济效益。同时还可以对不同控制策略进行比较和分析，以选
04
双馈风力发电机组的矢量控制技术
基于矢量控制的双馈风力发电机组控制
01
02
03
矢量控制原理
基于矢量图的分析方法，通过控制直交坐标系上的两个分量来实现对电磁转矩的控制。
矢量控制策略
通过控制励磁电流和转子电流的幅值和相位，实现对双馈风力发电机组的有效控制。

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。

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。

变速变桨风力机组控制策略研究

变速变桨风力机组控制策略研究
陈铁军，等
变速变桨风力机组控制策略研究
ＲｅｅｒｈｏｈｎｒｌｔａｅｙｆｒｒｂｌｅｄａｄＶａｉｂｅＰｉｈＷｉｄＴｕｂｎｓａｃｎｔｅＣｏｔｏｒｔｇｏｉｅＳｐｅｎｒｌｔｎｒｉｅＳＶａａａｃ
ｅｅｔｙａｉｓｓｍ，ＥＳ和一类由时间驱动的连ｖｎｄｎｍｃｙｔｓＤＤ）ｅ
续动态系统（ｏｔｕｕａａｌｙａｉｙｔｓｃｎｎｏｓｖｒｂｅｎｍｃｓｍ，ｉｉｄｓｅ
ＣＤ）ＶＳ以及两者之间的接口转换组成。混合动态系统ＨＳ的状态为状态对——连续和离散状态，Ｄ系统的演
件下，能改变桨叶的攻角，风机保持恒定的输出功使
率。由此可以看出，变速变桨风力机组能最大限度地利用风能，使风机整体输出功率更加平稳。但风力Ｊ
组通过偏航控制系统控制，风轮叶片与风向保持垂使
直，不讨论风向的变化。经过分析可知，变速变桨风力发电机组模型由风速、轮、动系统、电机模型四风传发部分组成。风力发电机结构模型如图１所示。
ａｄｐｔｈｃｎｒｌｗｉｕｒｉｅｎｉｃｏｔｏｎｄｔｂｎ
建立了应用于变速变桨风力机组的混杂自动机控制结构，并结合模糊控制理论给出控制器的算法。仿真结果表明，与常规控制结构相比，应用混杂自动机结构既

风力发电中的控制技术研究

第 19 卷第 9 期 2010 年 9 月
牡丹江大学学报 J our nal of Mudanj i ang Uni ver s i t y
文章编号：10 08-8 71 7（201 0）09 -012 5-03
Vol . 19 No. 9 Sep. 2010
风力发电中的控制技术研究
向阳芳（恩施职业技术学院机电工程系，湖北恩施 445000）
关键词：风力发电；风力发电机组；最大功率点追踪控制算法中图分类号：TM761 文献标识码：A
引言大电网与分布式发电相结合是提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式，是二十一世纪电力工业的发展方向。分布式发电指的是规模不大（几十 kW 到几十 MW）、分布在负荷附近经济、高效、可靠的发电设施。近年来，对新型分布式发电技术的研究取得了突破性的进展，分布式发电有望在电能生产中占有越来越大的比重，并对电力系统产生重大的影响。分布式发电主要利用风能、太阳能、潮汐能、水能等。其中风力发电由于清洁无污染，施工周期短，投资灵活，占地少，具有较好的经济效益和社会效益，已受到世界各国政府的高度重视。[1] 风电系统主要的组成部分包括以下几个模块：风机、发电机和控制系统。由于风力发电的一次能源即风能是间歇性的，发电机会经常处于启停状态，正是这些因素才使得风力发电系统有着不同于常规发电系统的特点，输入风能的变化具有随机性，如果不采取任何措施，风力发电机输出的功率将随着风速的变化而波动，从而影响发电系统的电能质量。[ 2] 风能是低密度能源，具有不稳定性和随机性的特点，控制技术是风力机安全高效运行的关键，本文将探讨目前广泛应用的不同类型的风能发电控制技术以及一些未来控制技术的趋势。[3] 一、风机气动功率调节技术气动功率调节是风力发电机组的关键技术之一。风

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＝

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。

变速恒频双馈风力发电机组控制技术研究

变速恒频双馈风力发电机组控制技术研究作者：张凤张晓红卢业蕙来源：《科技创新导报》2012年第35期摘要：该文分析了变速恒频双馈风力发电系统的运行区域，并针对高低风速区采取不同的控制策略，实现低风速区最大风能追踪和高风速区的额定功率保持。

关键词：风力发电机组变速恒频控制策略中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（b）-00-01在当今新能源技术开发中，风电成为最成熟、最具开发利用的发电技术。

风电机组是风电系统的重要装置，直接影响输出电能的质量和效率，因此选取合适的控制策略是保证系统安全、高效运行的关键。

1 变速恒频双馈感应风力发电系统变速恒频双馈感应风力发电系统中，风力机通过齿轮箱与发电机转子相连，发电机定子直接连接到电网，转子通过变频器并网。

“双馈”是指发电机的定、转子同时向电网馈电。

根据不同的风速，风力发电机组主要有五个运行区域，如图1所示，每个运行区域机组的输出功率不同。

图1 双馈风力发电机组的运行区域其中，A为并网区；B为最大风能追踪（MPPT）区域；C为过渡区；D为功率限制区。

E 为切出停机区。

由于风速的不断变化，风电机组运行在不同的运行区域。

通常将发电机组的运行策略确定为：低风速区域，实现最大风能的追踪或使发电机的转速最大。

高风速区域，实现发电机组保持额定功率输出。

2 低风速区风力发电机组的控制策略（1）矢量控制双馈发电机组矢量控制的目标是对发电机中复杂变量间的关系解耦，使实现控制变得简单。

基于双馈发电机的动态数学模型利用基于定子磁链定向的矢量控制实现有功功率P和无功功率Q的解耦控制，再分别对其施行闭环控制，实现风电系统的变速恒频运行和最大风能捕获[1]。

（2）直接转矩控制（DTC）直接转矩控制是通过对感应发电机的磁链和转矩做滞环比较，再适当选择逆变器的开关状态实现对发电机转矩的控制，进而实现对发电机最大转速的控制。

直接转矩控制的磁链轨迹有两种形式，一种正六边形，六条边对应于六个电压矢量，通过切换逆变器的开关状态，实现对磁链轨迹的控制[2]；另一种圆形，通过实时计算发电机的转矩和磁链的误差，结合定子磁链的空间位置选择相应的开关矢量。

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。

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。

变速恒频风力发电系统的控制策略

变速恒频风力发电系统的控制策略
变速恒频风力发电系统是一种新型的风力发电技术，能够有效地利用风能，提高发电效率。

其控制策略是保证变速恒频风力发电系统正常运行的关键。

变速恒频风力发电系统的控制策略包括以下两个方面：
1. 风力机的控制：
在变速恒频风力发电系统中，风力机是关键的设备之一。

为了提高风能利用率，需要对风力机进行控制。

通常采用最大功率追踪控制策略，即通过调节风力机的桨叶角度或变桨距来使风力机能够跟随风速的变化，并在最大程度上输出功率。

同时，还需要考虑风力机的转速和扭矩的控制，以保证其正常运行。

2. 发电机的控制：
在变速恒频风力发电系统中，发电机的控制也是非常重要的。

为了实现恒频控制，通常采用电力电子变换器来调节发电机的输出频率。

同时，还需要对发电机的转子速度和电磁功率进行控制，以保证其输出功率的稳定性和安全性。

在实际应用中，变速恒频风力发电系统的控制策略还需要考虑各种因素，如电网的稳定性、发电机的容量和型号、风力机的参数和运行状态等。

因此，需要采取综合的控制策略，以确保变速恒频风力发电系统能够高效、稳定和安全地运行。

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

风力发电机偏航控制系统的研究

风力发电机偏航控制系统的研究一、本文概述随着全球对可再生能源需求的持续增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已在全球范围内得到了广泛的关注和应用。

风力发电机（Wind Turbine）作为风力发电系统的核心设备，其运行效率和稳定性对于整个系统的性能至关重要。

偏航控制系统作为风力发电机的重要组成部分，对于确保风电机组的安全运行和最大化能量捕获具有关键作用。

本文旨在深入研究风力发电机偏航控制系统的原理、设计及其在实际应用中的性能表现。

文章首先介绍了风力发电机的基本工作原理和偏航控制系统的基本构成，为后续的研究提供了理论基础。

接着，文章详细分析了偏航控制系统的关键技术和控制策略，包括传感器技术、执行机构、控制算法等，并探讨了这些技术和策略对风力发电机性能的影响。

在此基础上，文章通过实验和仿真研究，评估了不同偏航控制策略在实际应用中的效果，为优化风力发电机偏航控制系统提供了有益的参考。

文章还讨论了风力发电机偏航控制系统面临的挑战和未来的发展趋势，为相关领域的研究者和工程师提供了有价值的参考信息。

通过本文的研究，期望能够为风力发电机偏航控制系统的设计、优化和应用提供有益的指导，推动风力发电技术的发展，为实现全球能源转型和可持续发展做出贡献。

二、风力发电机概述风力发电机是一种利用风能转换为电能的装置，其工作原理基于风的动力学特性和电磁感应原理。

风力发电机通常由风轮（也称为风叶或转子）、发电机、塔筒和基础等部分组成。

风轮由多个风叶组成，当风吹过风叶时，风叶受到风力作用而旋转，进而带动发电机转动，发电机中的磁场与导体产生相对运动，根据电磁感应原理，导体中会产生感应电动势，从而产生电能。

风力发电机具有清洁、可再生、无污染等优点，是当前全球范围内大力推广的可再生能源发电方式之一。

风力发电机的装机容量和单机容量不断增大，技术也在不断进步，从最初的定桨距失速型发展到变桨距调节型，再到目前最先进的主动偏航控制系统，风力发电机的性能和稳定性得到了显著提升。

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
ｔａｋｎｉｏｉｒｖｒｃｓｏｎｅｖｃｉｅｏｈｎｉｒｃｉｇｔｍｅｔｍｐｏｅｐｅｉｉｎａｄｓｒｉｅｌｆｔｅｕｔｆ．Ｋｅｗｏｄｙｒｓ：ＷｉｄｅｅｇｅｅａｉｎＣｏｖｒｅＭａｉｍｎｒｒｃｉｇＤｏｂｙｆｄｗｉｄｅｅｇｅｅａｏＤｉｅｔｄｖｎｗｉｄｅｅｇｎｎｒｇｎｒｔｙｏｎｅｔｒｘｍｕｅｅｇｔａｋｎｙｕｌ— ｎｎｒｇｎｒｔｒｅｙｒｃ—ｒｅｎｎｒｙｉｇｎｒｔｒＶａｉｂｅｐｔｈｃｎｒｌＹａｎｏｒｌｅｅａｏｒａｌｉｏｔｏｃｗｉｇｃｎｔｏ
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
互志新
（海交通大学电气工程系，海上上
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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。

变速恒频风力发电最大风能控制策略的研究

Ａｂｔａｔｓｒｃ：ｅｓｅｄｏｅｗｉｄａｗａｓｈｎｅ．ＯｉｉｎｃｓａｙｔｘｒｃｘｍｕｗｉｄｅｅｇｐｅｆｈｎｌｙａｇｓＳｅｅｓｒｅｔａｔｔｃｔｓｏｍａｉｍｎｎｒｙ
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
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变速恒频双馈风力发电机组控制技术

定义与特点
变速恒频双馈风力发电机组是一种通过调节发电机转速来实现恒频输出的风力发电系统，具有风能利用率高、运行范围广等优点
。
工作原理
风力机将风能转化为机械能，通过变速装置驱动双馈发电机运行，发电机输出的电能经过电力电
子装置调节后并入电网。
技术优势
变速恒频双馈风力发电机组具有较宽的运行范围，能够适应不同风速条件下的高效发电，提高风
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结论与展望
研究结论与创新点总结
结论一
控制策略优化提升效率。通过对变速恒频双馈风力发电机组的控制策略进行优化，可以显著提高机组的运行效率，并降低能耗。
结论二
多变量控制实现稳定运行。引入多变量控制技术，有效应对风力发电过程中的不确定性，提高机组的稳定性。
创新点
自适应控制算法。研发自适应控制算法，使机组能够根据不同环境条件自动调整运行参数，提升发电效率。
控制参数调整：根据最大功率点的位置，动态调整发电机的转速、励磁电流等参数，以实现最大功率捕获。
功率曲线拟合：根据历史数据拟合风速-功率曲线，确定当前风速下的最大功率点。
这些控制策略在变速恒频双馈风力发电机组中具有重要作用，能够提高风力发电效率、保障电力系统稳定运行，并降低对环境的影响。
前景分析
随着全球对可再生能源需求的增长，变速恒频双馈风力发电机组控制技术将迎来更广阔的发展空间。同时，政策的支持和市场的驱动将为该技术的发展提供有力保障。
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变速恒频双馈风力发电机组控制技术
汇报人：
2023-11-22
目录
• 引言 • 双馈风力发电机组的数学模型与
控制策略 • 变速恒频双馈风力发电机组的控