基于风力发电的最大功率跟踪控制研究

风力发电系统最大功率追踪控制设计摘要风力发电系统是一种绿色、清洁的能源系统，具有深远的社会和经济意义。

为了提高风力发电系统的能量转换效率和稳定性，本文基于最大功率追踪控制理论，设计了一种基于模糊控制的风力发电系统最大功率追踪控制策略，研究表明该控制策略具有较好的控制效果。

关键词：风力发电系统；最大功率追踪控制；模糊控制AbstractWind power generation system is a green and clean energy system with profound social and economic significance. Inorder to improve the energy conversion efficiency andstability of wind power generation system, this paper designs a maximum power point tracking control strategy based onfuzzy control theory, which has better control effect according to the research.Keywords: Wind Power Generation System; Maximum Power Point Tracking Control; Fuzzy Control1. 引言随着能源危机不断加剧和环境问题日益突出，可再生能源得到了广泛的关注和研究。

风力发电是一种绿色、清洁的能源，具有广泛的应用前景和巨大的经济效益。

然而，由于风力发电机的风速、转速和负载变化等因素的影响，风力发电系统在实际运行中会出现能量损失和不稳定等问题，因此，提高风力发电系统的能量转换效率和稳定性，是当前研究的热点和难点问题[1]。

2. 风力发电系统最大功率追踪控制风力发电系统最大功率追踪控制是指在一定的风速和负载情况下，将风力发电机中的最大功率转化为输出功率的控制过程[2]。

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。

风力发电系统的MPPT方法研究摘要：文章介绍了几种MPPT方法，说明其方法的优点和缺点。

通过优化MPPT控制的算法，可以提高风力发电的效率。

关键词：风力发电；最大功率点跟踪；爬山法；反馈控制对最大功率点跟踪控制的研究是风电系统研究的热点之一。

文章介绍了常用的MPPT算法，对于研究新型的MPPT算法有参考价值。

1 风力机特性研究风力机把风能转化为机械能的模型非常困难，因而用一种简单的模型进行描述。

由贝兹定理可知，风机吸收的功率为：Pm=1/2ρA V3Cp(λ,θ)。

其中，ρ为空气密度，A为风轮叶片面积，V为风速，CP(λ,θ)为风轮利用系数，与叶尖速比λ和浆距角ρ有关，λ=ωR/V。

其中，ω为风轮机械角速度，R为风轮半径。

在正常运行时，浆距角θ不变，功率输出与叶尖速比λ有关。

叶尖速比λ保持在最佳叶尖速比处，就能使输出功率Pm保持在最大功率点。

2最大功率点跟踪方法常用的MPPT算法大致归为两类：反馈控制和扰动控制。

反馈控制中有最佳叶尖速比、功率反馈法等，扰动控制法又称爬山法。

2.1最佳叶尖速比法最佳叶尖速比法是在风速变化时，保持叶尖速比λ在最佳λopt处。

这样在变风速时，都能保持风能最佳利用率。

这种方法直接、明确，但是需要测量风速和风机转速。

由于风速的不确定性，风速测量不精确，这种算法会导致系统可靠性低，且需要风力机的特性，导致成本增加，很少在实际中应用。

2.2功率反馈法功率反馈法测量出风机转速，然后根据最大功率曲线得出对应的功率值，作为机侧双闭环控制的给定值，与实际功率值进行比较。

通过双闭环控制，使发电机输出功率跟随最大功率的给定值。

这种方法不需要测量风速，因为不存在测量风速所带来的问题。

最大功率曲线需要通过模拟仿真得到，实现起来相对麻烦。

不过，可由先进的设备测量得到。

在一些大型风电场中也有应用。

2.3爬山法由转速功率曲线可知，控制转速扰动，可调节输出功率接近最大功率。

当前风机功率与前周期风机功率进行比较，如果功率下降，转速扰动反向，否则保持符号不变。

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。

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。

基于直驱式永磁同步风力发电机输出有功功率的控制一、控制策略1.基本原理实现最大风能跟踪的要求是在风速变化时及时调整风力机转速，使其始终保持最佳叶尖速比运行，从而可保证系统运行于最佳功率曲线上。

对风力机转速的控制可通过风力机变桨距调节，也可通过控制发电机输出功率进行调节。

由于风力机变桨距调节系统结构复杂，调速精度受限，因此可通过控制发电机输出有功功率调节发电机的电磁转矩，进而调节发电机转速。

由永磁同步发电机的功率关系可知式中Pem 、Pm、P——发电机电磁功率、风力机输出机械功率、机械损耗；P s 、PCus、PFes——发电机定子输出有功功率、定子铜耗、定子铁耗。

为实现最大风能跟踪控制，应根据风力机转速实时计算风力发电机输出的最佳功率指令信号Popt ，令式（7-8）中Pm=Popt，由式（7-3）和式（7-8）可得到发电机的最佳电磁功率和定子有功功率指令为按照有功功率指令控制发电机输出的有功功率可使风力机按式（7-3）的规律实时捕获最大风能，从而实现发电机的最大风能跟踪控制。

2.电机侧变换器控制策略采用永磁同步发电机和双PWM变换器构成发电系统，该系统由永磁同步发电机、电机侧变换器、直流侧电容和电网侧变换器构成。

电机侧变换器的主要作用是控制发电机输出的有功功率以实现最大风能跟踪控制。

由于直驱式永磁同步发电机多以低速运行，因此可采用多对极表贴式永磁同步发电机。

目前针对该类电机常采用转子磁场定向的矢量控制技术，假设dq坐标系以同步速度旋转，且q 轴超前于d轴，将d轴定位于转子永磁体的磁链方向上，可得到电机的定子电压方程为式中Rs 、Ls——发电机的定子电阻和电感；u sd 、usq、isd、isq——d、q轴定子电压和电流；ωs——同步电角速度；ψ——转子永磁体磁链。

其电磁转矩可表示为式中p——电机极对数。

通常控制定子电流d轴分量为零，由式（7-11）可知，发电机电磁转矩仅与定子电流q轴分量有关。

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。

《基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统控制策略的研究》篇一一、引言随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的日益增强，可再生能源的开发与利用已成为当今世界的重要课题。

风力发电作为清洁、可再生的能源形式，其发展前景广阔。

直驱型风力发电系统以其结构简单、维护方便、能量转换效率高等优点，成为风力发电领域的研究热点。

而永磁同步电机（PMSM）因其高效、可靠的性能在直驱型风力发电系统中得到广泛应用。

本文旨在研究基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统的控制策略，以提高系统的发电效率和稳定性。

二、直驱型风力发电系统概述直驱型风力发电系统是指风轮机直接驱动永磁同步电机发电的系统。

该系统省去了齿轮箱等传统机械传动装置，简化了系统结构，降低了维护成本。

永磁同步电机利用永磁体产生磁场，无需额外励磁电流，从而减少了能量损耗，提高了系统效率。

三、控制策略研究1. 最大功率点跟踪（MPPT）控制策略为了提高风力发电系统的发电效率，需要实现最大功率点跟踪控制。

MPPT控制策略通过实时监测风速和电机输出功率，调整电机的运行状态，使系统始终处于最佳工作点，从而最大化利用风能资源。

在直驱型风力发电系统中，通过控制电机的转速和电压，实现MPPT控制，提高系统的发电效率。

2. 速度与位置控制策略为了保证永磁同步电机的稳定运行和风力发电系统的可靠性，需要实现速度与位置控制。

通过控制电机的电流和电压，实现对电机转速和位置的精确控制。

同时，结合现代控制算法，如PID 控制、模糊控制等，进一步提高系统的控制精度和稳定性。

3. 故障诊断与保护策略为确保直驱型风力发电系统的安全运行，需要实现故障诊断与保护策略。

通过实时监测电机的电流、电压、温度等参数，及时发现系统故障并采取相应措施。

同时，设置保护装置，如过流保护、过压保护、过热保护等，防止系统因故障而损坏。

四、实验与分析为验证所提控制策略的有效性，进行了一系列实验。

实验结果表明，采用MPPT控制策略的直驱型风力发电系统能够实时跟踪最大功率点，提高系统的发电效率；速度与位置控制策略能够保证电机的稳定运行和系统的可靠性；故障诊断与保护策略能够及时发现并处理系统故障，保护系统安全运行。

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。

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。