风力发电系统最大功率点跟踪控制方法研究综述

风力发电系统最大功率追踪控制方法的分析与仿真Analysis and Simulation on Maximum Power Point Tracking Control Method of Wind Powerby Zhang PeinanSupervisor: Associate Professor Su HongyuHei long jiang University Cambridge collegeMay 2012毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

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风电场风电机群最大功率跟踪控制技术研究随着全球对可再生能源的需求增加，风能发电作为一种清洁且可再生的能源得到了广泛的关注和应用。

风电场是将多台风力发电机集成在一起，形成一组风电机群并联输出电能。

其中，风电机群最大功率跟踪（MPPT）控制技术对于提高风电发电效率和经济效益具有重要意义，因此成为研究的热点之一。

本文就风电机群最大功率跟踪控制技术进行系统地探讨。

一、风电场发电原理及结构风电场是由多个风力发电机组成的一种可再生能源发电系统。

它是以风力驱动风力发电机转动，使发电机产生变化的磁场，从而在发电机中产生感应电动势，最终转换成电能输出给电网。

风电场的发电组件主要包括：风力机、传动系统、电气设备和电网接口等。

风力机是风电场最基本的发电单元。

常见的风力机有水平轴风力机和竖轴风力机两种，其中水平轴风力机占有主导地位。

水平轴风力机通过传动系统将风轮的旋转转速提高到同步发电机的转速，最终将机械能转换成电能输出到电网。

二、风电机群最大功率跟踪问题当多台风力发电机并联共同发电时，由于外界环境的变化，例如风速和风向的变化等，每一个风力机的输出功率会产生波动，这就会影响整个风电场的发电效率和经济性。

因此，需要寻找一种合适的控制方法来解决这个问题。

风电机群最大功率跟踪即是指当多台风力机并联运行时，通过采集实时风速、转速等数据，计算出最佳发电功率，然后通过控制系统调节各发电机的输出功率，以达到风电机群最大功率输出。

三、风电机群最大功率跟踪控制技术实现风电机群最大功率跟踪需要运用一些控制策略和技术手段。

下面分别介绍几种常用的控制技术。

1、PID控制PID控制是目前最常用的一种控制技术。

PID控制器主要由比例、积分、微分三部分组成，通过调节参数来实现风电机群的最大功率跟踪，它的优点是实现简单、易于理解。

2、模糊PID控制模糊PID控制是将模糊控制理论与PID控制相结合而产生的一种控制技术。

它通过模糊化输入数据与输出数据，来控制控制系统的输出，使之更加精确和稳定。

基于风场精细控制的风力发电机组最大功率跟踪研究随着全球环保意识的逐渐增强，风力发电逐渐成为了热门的清洁能源之一。

如今，风力发电已经成为了全球第二大的可再生能源来源。

然而，许多人可能并不了解，风力发电机组是怎样将风能转化为电能的。

其中，风场精细控制是风力发电机组最大功率跟踪的重要手段之一。

一、风力发电机组工作原理风力发电机组的工作原理非常简单，它通过风力驱动风轮旋转来转化为机械能，然后由发电机将机械能转化为电能。

发电机将电能输出后，经过调整后就可以直接供电或者通过电力系统输送至其他地方供电使用。

二、风场精细控制风场精细控制是指利用控制系统对风力发电机组进行控制、调节，以便尽可能地提高其发电效能的技术。

其中，控制系统可以根据风速、机组转速、风轮叶片位置等参数信息，实现风机的最大功率跟踪、保护和控制等措施。

目前，国内外菜单风电机组采用的风场控制技术主要包括：PID调节、模糊控制、模型预测控制、遗传算法控制等。

而在风场控制技术中，采用最为广泛的是PID控制算法。

PID控制算法是一种经典的控制算法，它主要由比例、积分、微分三项组成，通过调整三个参数的比例，以实现控制器对被控制对象的控制。

而在风力发电机组的控制系统中，PID控制器将实现对风轮叶片的最大功率跟踪，以达到最佳的发电效率。

三、最大功率跟踪最大功率跟踪，是指在不同风速，或者说不同转速下，寻找风力发电机组的最佳工作点，将其动力输出最大化，使其达到最佳的发电效率。

在风力发电过程中，发电效率对于风力发电机组的发电量以及收益影响非常大。

因此，最大功率跟踪技术是风力发电系统中非常关键的技术之一。

在实际应用中，通常采用MPPT算法，即最大功率点跟踪算法。

该算法可以根据不同风速、最大功率点以及风场等参数信息，动态调整风轮叶片的角度和转速，以将其最大化输出。

四、风力发电机组发展趋势风力发电技术的迅速发展已经成为了全球清洁能源的重要组成部分。

而在风力发电机组的发展中，基于风场精细控制的最大功率跟踪技术将成为风力发电机组的重要发展方向之一。

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。

风力发电机最大功率控制方法的研究摘要：风力发电是一种十分清洁的新型产能方式，具有可不断再生、无污染、设备安装便利的特点，因此，受到世界各国的普遍重视。

虽然风力发电有很多优点，但也存在一个重大的问题，由于风力发电的能量来源取决于风，无法人为控制风速大小及能量强弱，因此在发电过程中，扇叶的转速也十分不稳定，虽然很多专家学者进行了相关研究，实现了风机相对稳定的产能结构，但是还是无法确保发电机的高效和稳定输出。

在这种情况下，一些学者提出了最大功率点跟踪技术，并迅速在风电研究中获得了快速推广。

关键词：风力发电机;最大功率;控制方法;引言调节变桨距的风力机功率时主要依靠叶片自身特有的气动特点，与此同时还可以针对叶片桨的距角进行相应的调整也可以达到调节的目的。

在风电机组的额定的风速下，有效的对桨距的角度控制在零度较小的标准范围中，进而其达到一台定桨距的风力机，而发电机所输出的相应功率则依据叶片自身的气动性伴随风速的变化；如果实际的功率高于额定的标准功率时，变桨距会对叶片的桨距角进行相应的调整，进而确保发电机所输出的功率被局限于额定标准范围的附近，由此最终达到以恒定功率的运行状态。

1 国内风力发电的现状就技术层面而言，国内的风力发电主要分成了三步走的策略，首先引进国外先进的技术，其次对国外的先进技术进行消化吸收和转化，最后实现自我技术的提升与创新。

目前我国传统的电力设备逐渐退出市场，而当前的电力设备进行了更新与换代，我国当前的风力发电的设备也在蓬勃的发展，其组设置也在逐渐提高，就发电行业而言，我国设备和关键零件都能够满足我国当前风力发电的需求。

所以加强风力发电装备设置的技术创新，促进自主创新能力的提高，能够有效地推动风力发电系统的完善与进步，风力发电的关键技术也是推动风力发电，甚至我国电力行业进步的重要内容，其中控制系统是其关键的内容，为了推动该行业的发展，需要有效地提高控制系统的效率。

2 风电系统性能分析2.1风力发电结构分析在我国一般把50W～10kW的风力发电机定义为小型风力发电系统。

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。

风能发电系统的最大功率点跟踪策略研究风能作为清洁能源的重要组成部分，一直备受关注。

在利用风能进行发电的过程中，最大功率点跟踪策略的研究和应用尤为重要。

本文将对风能发电系统的最大功率点跟踪策略进行研究并探讨其在实际应用中的问题与挑战。

1. 引言随着世界能源需求的不断增长，清洁能源的开发与利用日益受到重视。

风能作为一种可再生能源，具有广阔的发展前景。

风能发电系统是目前最为成熟和常用的清洁能源发电系统之一，其特点是具有高效、环保、可靠等优势。

2. 最大功率点跟踪的概念与意义最大功率点是指在给定的工作环境下，风能发电系统能够输出的最大功率。

最大功率点跟踪策略的研究意义在于使风能发电系统能够充分利用风能资源，提高能源转化效率。

由于风速的不断变化，风能发电系统需要能够准确、快速地跟踪最大功率点，以保持系统的高效运行。

3. 风能发电系统的最大功率点跟踪策略针对风能发电系统的最大功率点跟踪，目前主要有以下几种策略：基于模型的控制策略、PID控制策略、灰色预测控制策略等。

基于模型的控制是指通过建立系统的数学模型，利用模型预测法进行最大功率点跟踪。

PID控制是一种经典的控制方法，通过调节比例、积分和微分参数来实现功率跟踪。

灰色预测控制策略则是基于对当前风速和功率数据的分析，通过灰色模型预测下一个时刻的风速和功率。

4. 最大功率点跟踪策略的问题与挑战虽然最大功率点跟踪策略在理论上能够有效提高风能发电系统的效率，但在实际应用中也存在一些问题和挑战。

首先，风能发电系统的传感器测量误差会影响最大功率点跟踪的精度；其次，在复杂的环境中，风能发电系统的性能受到多种因素的影响，如温度、湿度等；此外，不同的跟踪策略在不同的风能发电系统中的适应性也存在差异。

5. 最大功率点跟踪策略的改进与展望为解决以上问题和挑战，研究人员提出了一系列的最大功率点跟踪策略的改进方法。

例如，利用人工智能算法来提高最大功率点跟踪的精度和鲁棒性；采用多参数的PID控制策略，以应对多种环境因素的影响；发展适应不同风能发电系统的跟踪策略，并进行实际应用验证。

并网中小型风电系统最大功率跟踪控制随着可再生能源的逐渐发展，风力发电逐渐成为了绿色能源的重要组成部分。

而并网中小型风电系统最大功率跟踪控制是风力发电的关键技术之一，这也是目前风力发电技术发展的重点之一。

本文将重点介绍并网中小型风电系统最大功率跟踪控制的相关内容。

一、并网中小型风电系统的最大功率跟踪控制的意义风力发电的特点是受风速的影响非常大，而风速是时刻变化的，这就使得风电机组的输出功率也在不断变化。

而风能的转化效率最高时，即为风电机组输出功率的最大值。

因此，如何使得风电机组输出功率尽可能接近最大值，就成了并网中小型风电系统运行中最重要的问题。

最大功率跟踪控制是针对此问题开发出的技术手段，它可以使得并网中小型风电系统在不同的风速下，都能够输出最大功率，从而提高风电系统的发电效率，降低发电成本。

二、并网中小型风电系统最大功率跟踪控制的原理最大功率跟踪控制的原理是通过控制风力发电机组的转速和叶片的角度，使得发电机组的输出功率达到最大值。

当风速较低时，需要增加转速和叶片的角度，以提高风能的转换效率；而当风速变高时，可以通过降低转速和叶片的角度来控制输出功率，以确保不会超出并网限制。

最大功率跟踪控制可以通过设置不同的控制参数来达到最佳效果，比如最大功率点跟踪速度、叶片角度等。

三、并网中小型风电系统最大功率跟踪控制的方法最大功率跟踪控制方法包括直接功率控制法（DPC）、电流控制法（ICC）、电压控制法（VCC）等多种。

这里介绍一下其中比较常用的DPC方法。

直接功率控制法：DPC控制方式是通过测量风力发电机组的输出功率来调节叶片的角度和发电机组的转速。

具体实现过程中，需要先测量出当前的风速和风向，然后根据检测到的风速和风向来调整叶片的角度，使其与当前的风速和风向相适应。

同时，可以通过控制转速来调整输出功率，以达到最大功率点的跟踪。

DPC方法的优点是简单易行、可控性好，但在理论上并不能达到最大功率点跟踪的精度要求，且在存在扰动时容易出现控制失效的情况。

风力发电系统最大功率追踪控制控制研究本设计风力发电机的最大功率追踪控制（MPPT）系统，通过分析几种MPPT控制策略的特点，选取合适的算法，获得最大功率输出。

本文首先介绍了课题的研究背景及其意义。

其次为了方便实验室研究，开展了模拟风速，以及用直流电动机模拟风力机特性的研究工作。

本文介绍了几种最大功率的控制方法：功率信号反馈法、叶尖转速比控制法、三点比较法、爬山搜索法，重点介绍了爬山搜索法，然后又对比分析了三种爬山搜索。

通过仿真研究，得出改进的变步长爬山搜索法具有跟踪稳定、效率更高的结论。

目录风力发电系统最大功率追踪控制控制研究 (1)1引言 (2)1.1 课题的背景 (2)1.2 风力发电发展情况 (2)1.2.1国外风力发电发展情况 (2)1.2.2 国内风力发电发展情况 (3)1.3 风力发电技术发展状况 (3)1.3.1恒速恒频发电系统 (4)1.3.2变速恒频发电系统 (4)1.4 本文的研究内容及研究意义 (4)1.4.1 本文的研究内容 (4)1.4.2 本文的研究意义 (4)2 风力发电系统的分析与模拟 (5)2.1 风力发电的基本原理 (5)2.1.1 风力发电的基本原理 (5)2.1.2贝茨(Betz)理论[6] (6)2.2 对风速的模拟与仿真 (7)2.3 对风力机的模拟与仿真 (9)2.3.1 风力发电机的空气动力学特性 (9)2.3.2 对风力发电机的模拟与仿真 (10)2.4 直驱永磁同步发电机的模拟与仿真 (13)2.4.1 直驱永磁同步发电机的模拟 (13)2.4.2直驱永磁同步发电机的仿真 (15)2.5 风力发电系统主电路拓扑 (16)2.6 本章总结 (17)3 风力发电系统最大功率追踪方法及仿真研究 (17)3.1 最大风能追踪的控制方法[14] (17)3.1.1 功率信号反馈法 (17)3.1.2 叶尖速比控制法 (17)3.1.3 三点比较法 (18)3.1.4 爬山搜索法 (19)3.2 三种爬山搜索法的分析 (19)3.2.1 传统爬山搜索法 (19)3.2.2 变步长爬山搜索法 (20)3.2.3 改进的爬山搜索法[15] (20)3.3 本章总结 (21)4 风力发电系统最大功率追踪仿真研究 (21)4.1 风力发电系统的仿真 (21)4.2 三种爬山搜索法的MPPT仿真 (22)4.2.1 传统爬山搜索法的MPPT仿真 (22)4.2.2 变步长爬山搜索法的MPPT仿真 (24)4.2.3 改进的变步长爬山搜索法的MPPT仿真 (25)4.3 本章总结 (27)结论 (27)1引言1.1 课题的背景随着世界经济的发展，能源的消耗逐渐增加，同时由于煤炭、石油的大量使用，工业有害物质的排放量与日俱增，并且煤炭、石油等常规能源逐渐枯竭。

小型风力发电机最大功率跟踪方法综述小型风力发电系统结构框图控制系统在小型风力发电系统控制着整个系统的正常工作，具体来说主要有以下几个方面的作用：1 额定风速下控制风力机始终正对自然风的方向，保证最大程度的捕获风能，并且实时解缆，避免线缆的纠缠；超过额定风速实时限速偏航甚至停机，保护风力机在电气特性和机械特性允许范围内安全运行；2 实时监控整流的整流电压以及发电机转速，控制能考负载，对发电机进行保护；3 对发电系统进行最大功率跟踪，获得最大的风能利用率，提高利用率，减少风速变化对输出电能的影响，是输出电压稳定；4 对蓄电池进行保护，合理的充放电控制，避免过充和过放，延长蓄电池的使用寿命；5 合理控制蓄电池输出、DC/DC输出以及逆变等电能的转换，保证负载得到持续的电能。

一，扰动观察法扰动观察法普遍用在风力和太阳能发电系统上的最大功率跟踪技术，结构简单，程序设计统一，但此技术本身本身工作在最大功率左右，不是停留在最大功率点，有一定的能量损失。

二，最佳叶尖速比法1 采用风速信号控制采用风速和转速信号的控制方案测出风速信号，用它与风力机的转速信号相比较，组成闭环控制系统，用来控制风力发电机的电功率输出，时风力机的转速正比于风速而变化。

实现本方案的主要困难是取得准确的风速信号。

2 最佳叶尖转速比控制采用机械功率信号和转速立方信号的控制方案这个方案并不能保证风力机在额定风速仪顶下的整个运行风速范围内均能按最佳叶尖速比或最大功率运行，特别实在较低风速段，由于发电机效率下降很快，离最大功率运行更会相差很远。

总之，只有在最佳叶尖速比情况下运行，风力机才能输出最大机械功率。

在上述运行情况下，风力机的转速与风力成正比；风力机的最大机械功率与风速的三次方或转速的三次方成正比。

三，功率曲线控制为了分析风轮与发电机的匹配，将风轮在更重风速下的功率—转速特性曲线分为峰前、峰值和峰后三个区域。

风力发电机功率匹配图风力发电机的实际功率负载如图中的风机a线和风机b线所示。

风力发电系统最大功率点跟踪控制方法研究综述摘要:为充分利用风能,需要捕获风电系统的最大功率点。

由于风速的随机性与风电系统的非线性,最大功率点捕获控制比较困难,也是风力发电的热点问题之一。

介绍了多种常用的最大功率跟踪方法的原理,说明了各种方法的优、缺点,指出了最大功率点跟踪方法的发展趋势,对最大功率点跟踪方法的选择和研究有一定的参考指导价值。

关键词:风力发电系统;最大功率跟踪;最优叶尖速比法;功率信号反馈法;爬山搜索法Review on the Method of Tracking the Maximum Power Pointin Wind Power Generation SystemMa-yan、Wang-haiyun(Electrical Engineering Col lege,Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang 830008) Abstract:In order to utilize the wind power sufficiently,it is necessary to capture the maximum power point in wind power generation system.Due to the randomness of the wind speed and the nonlinearity of the wind powergeneration system,capturing the maximum power point is very difficult and is also one of the hot issues in wind power generation.In this paper,the principles of several common methods to track the maximum power point were presented;the advantages and disadvantages were discussed;the development trend of the method to track the maximum power point was pointed out.All these had referential and instructive values for the selection and investigation of the maximum power point tracking method.Key words:wind power generation system;tracking the maximum power point;optimal tip speed ratiomethod;power signal feedback;climbing search method0 引言能源是支持经济发展的重要因素和战略资源，人类社会发展的历史与能源开发和利用水平密切相关。

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。

风电变流器中的最大功率追踪技术研究引言：随着对可再生能源的需求不断增加，风能作为一种清洁、可再生的能源来源正受到越来越多的关注和开发利用。

风力涡轮机是将风能转化为机械能的关键设备，而风电变流器则是将风力涡轮机产生的机械能转化为电能的核心装置之一。

在风电系统中，风电变流器起着关键的作用，它负责将风力发电机产生的交流电转换为稳定的直流电，并通过逆变器将直流电转化为交流电，并输送到电网中。

其中一个重要的问题是如何实现风电变流器的最大功率追踪。

最大功率追踪技术可以有效提高风电系统的整体效率，并最大限度地提供可再生能源的利用率。

本文将介绍风电变流器中的最大功率追踪技术，并探讨其原理和实现方法。

1. 最大功率追踪技术的原理最大功率追踪技术旨在通过对风力发电机的转速和电流进行调节，使其运行在最佳功率点上。

最佳功率点是指风力发电机在一定风速范围内，能够输出最大电能的状态。

风力发电机的最佳功率点与其转速和电流之间的关系密切相关。

通常情况下，风力发电机的最佳功率点位于其额定转速的70%至90%之间，当风速超过额定风速时，最佳功率点开始下移。

因此，通过监测风速、风力发电机的转速和电流等参数，可以实时调整风力发电机的工作状态，使其运行在最佳功率点上。

2. 最大功率追踪技术的实现方法在实际应用中，有多种方法可以实现风电变流器的最大功率追踪。

以下介绍几种常见的实现方法：（1）基于电流控制的最大功率追踪技术：该方法通过控制变流器的输出电流，使风力发电机运行在最佳功率点上。

具体实现时，可以通过调整变流器的调制比和输出电压等参数，使输出电流接近电流限制，并动态调节以实现最大功率追踪。

（2）基于转速控制的最大功率追踪技术：该方法通过控制风力发电机的转速，使其运行在最佳功率点上。

一种常用的实现方法是使用PID控制算法，根据风速和风力发电机的转速误差进行调整，以实现最大功率追踪。

（3）基于模型预测控制的最大功率追踪技术：该方法利用数学模型对风力发电机的动态特性进行预测，以实现最大功率追踪。

基于爬山法的风力发电最大功率跟踪控制方法研究风能作为可持续发展的清洁能源，越来越受到人们的重视。

风力发电作为利用风能的主要形式正在以前所未有的速度发展着。

较之传统发电方式，风力发电逐渐增大比例，并且在电力系统中受到越来越多的关注和欢迎。

本文首先介绍了国内外的能源形势，讨论了风力发电的研究现状和必要性。

本文研究的风力发电系统，包括定桨距风力发电机、永磁同步发电机、不可控三相二极管整流电路、Boost升压变换器、MPPT控制器的系统结构。

介绍了各个模块的原理和特性，研究了风力发电系统的功率调节的原理。

包括尖速比控制、功率信号反馈控制、爬山算法和模糊控制等控制算法，对他们的原理进行了分析和比较。

其次，基于MATLAB/Simulink，建立了一个爬山法的风力发电系统仿真模型。

仿真结果表明，所采用的爬山法可以有效地跟踪最大功率。

关键词：永磁电机，风力发电，最大风能追踪ABSTRACTPeople pay more and more attention to wind power,because it’s no pollution and renewable energy. Wind power generation is developing at a very high rate as a major used form of wind energy. The proportion of wind power replacing traditional energy is gradually rising, wind power generation is more and more important and popular in the power system.In this paper, firstly, the present situation about the utilization and development of wind resources is talked and the research status of wind power generation system is introduced, then the structure of small wind power systems is given including fixed pitch wind turbine, permanent magnet synchronous generator(PMSG), three-phase diode rectifying circuit and the Boost converter, etc. The basic theory of wind power and wind turbine and its characteristic and the principle of maximum power point tracking(MPPT) are analyzed. The theory of the existing MPPT algorithms such as the tip speed ratio control, power signal feedback control, HCS control and fuzzy control is analyzed. The advantages and disadvantages of those algorithms are analyzed and compared.Secondly, based on MATLAB, the simulation system of small wind power system with the MPPT is established. Characteristics of wind power system are simulated. The simulation results show that HCS control can track the maximum power effectively. KEYWORDS：PMSG，wind power generation，maximum power point tracking目录第一章绪论 (5)1.1选题的背景和意义 (5)1.2国内外关于该课题的研究现状 (6)1.2.1永磁直驱同步风力发电系统的建模 (7)1.2.2直驱永磁同步风力发电控制系统的研究 (8)1.2.3直驱永磁同步风力发电系统中功率变换环节 (8)1.3本文的研究内容 (9)第二章永磁直驱风力发电系统的结构设计 (90)2.1 系统的结构设计 (90)2.2 风力发电机系统特性分析 (101)2.2.1 贝茨理论 (101)2.2.2风力机特性 (112)2.2.3永磁同步发电机的数学模型 (123)2.2.4 Boost升压变换器的工作原理 (145)2.2.5功率调节原理 (156)第三章直驱永磁风力发电系统仿真建立 (178)3.1 仿真环境MATLAB/Simulink简介 (178)3.2 系统主要部件建模仿真 (19)3.2.1 风力机模型 (19)3.2.2 永磁同步发电机模型 (180)3.2.3 整流器模型 (201)3.2.4 Boost和驱动模块建模 (212)3.3 系统整体仿真模型 (223)第四章风力发电系统最大功率跟踪策略 (234)4.1 常用最大功率跟踪算法比较与分析 (234)4.2 本文所用爬山算法实现 (267)第五章仿真结果 (28)5.1 风力机仿真结果 (28)5.2输出功率与占空比特性曲线 (301)5.3加入MPPT的仿真结果 (301)参考文献 (323)致谢 (334)毕业设计小结 (345)第一章绪论1.1选题的背景和意义随着全球经济的快速发展，人类对能源的需求显著增加，而在地球上传统能源是有限的。

风电场风电机群最大功率跟踪控制技术研究随着国内经济的发展，绿色能源的需求量也不断增加，风电场作为最
具发展潜力的新能源，吸引了很多投资机构的关注，成为国内可再生能源
发展的重要部分。

风电机群最大功率跟踪控制是提高风电场发电效率的关键。

本文针对风电场风电机群的最大功率跟踪控制问题，针对风电场风电
机群的最大功率跟踪控制方法提出了相应的研究。

首先，介绍了风电场风电机群最佳功率跟踪控制的原理。

在风电场中，风机的功率也受到环境条件影响，由风速等环境条件决定，随风速的变化，风机功率也随之变化，由此可以推测，风机的输出功率在不同的风速条件
下都可以产生最大功率。

为了充分利用风电场中的条件，实现风电机群的
最佳功率跟踪控制，可以采用模糊逻辑控制算法，根据实时风速的变化，
实现功率跟踪的控制。

其次，本文研究了风电场风电机群最大功率跟踪控制的仿真研究，采
用计算机仿真软件MATLAB/SIMULINK，建立了风电场风电机群最佳功率跟
踪控制系统仿真模型，以期实现风机的功率跟踪控制，使其在不同风速下，都能达到最佳功率。

最后，本文对设计的风电场风电机群最佳功率跟踪控制系统仿真结果
进行了分析。

直驱式永磁同步风力发电系统最大功率追踪控制策略探究摘要:在直驱式永磁同步风力发电系统运行的过程中，对其最大功率进行追踪控制是掌握其实时状态的重要工作。

本文将对直驱式永磁同步风力发电系统最大功率进行分析，并探讨其追踪控制的策略。

关键词:直驱式永磁同步风力发电最大功率追踪一、最大功率的追踪原理（一）风力机的输出特性风力机叶片的半径用r表示，ρ则代表着空气的密度，v是实际测得的风速。

则能用以下的函数关系来表示风力机轴上的机械功率输出：式（4）中风力机输出的机械功率与转速之间的关系称为最佳功率曲线，而在式（5）中机械转矩与转速呈现出的函数变化关系则是最佳转矩曲线。

在风速保持不变的情况下风力机保持最大功率的稳定运行，叶尖线边缘瞬时速度将能与风速保持式（3）的函数关系，也就是说此时的风力机叶尖速比处于最佳，而最佳功率曲线和最佳转矩曲线分别在此时满足式（4）和式（5）。

在风力机运行时风速不稳定的状况下，风力机所提供的机械功率输出、机械转矩和最佳功率、最佳转矩曲线可以用图2来表示（二）最大功率追踪原理及具体实现方案在图2（b）所表示的函数中，通过人为的办法对发电机的运行状态进行调节，使转矩和转速在一定条件下跟式（5）中的函数关系保持一致，系统将能在风力机转矩特性与发电机机械特性的交点处达到平衡。

图2（b）中的A、B、C、D四个点分别代表不同风速下风力机的最大输出功率，而风力机在这时的叶尖速比处于最佳，并且这四个平衡点处于稳定状态，满足以下公式：对功率进行控制。

由于实际操作不能准确地测定发电机能从轴上得到多少能量，所以一般会以并网条件下的有功功率作为这个值，并通过控制有功功率来完成对发电机的功率控制。

而在发电机工作的过程中，会因为自身克服阻力而产生能量的损耗，而这些损耗很难计算却又不能忽略不计，所以实际测定会出现较大偏差。

对转矩进行控制。

在实际的操作中，不论是对功率进行控制还是对转速进行控制，都要通过改变转矩来完成。

基于爬山法的风力机最大功率点跟踪控制研究文章针对风力机应用爬山法实现最大功率点跟踪时难以有效应对风速变化的问题，研究了其具体表现和产生的机理，并通过多种风速条件下的仿真算例验证了机理分析的有效性和正确性，对于提升风力机的风能捕获效率具有重要的指导意义。

标签：风力发电；最大功率点跟踪；爬山法；风速波动1 概述隨着全球化石能源的逐渐枯竭，开发利用风能已成为实现低碳经济战略和优化能源消费结构的重要方式之一。

在风力发电系统中如何最大限度地捕获风能是保证高效率利用风能的基础。

根据风速的变化实时调整风力机的转速，保证风力机始终运行于最大功率点（Maximum Power Point，MPP）以获取最大的功率输出是实现最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）的基本思路[1]。

MPPT控制技术的优劣直接关系到风力发电系统的发电效率。

目前，MPPT 控制方法主要有叶尖速比法[2]、功率曲线法[3]和爬山法[4-15]。

爬山法由于不依赖风速测量和对风力机特性参数的事先获知，能够自适应地搜索到最大功率点，具有较好的可靠性和易推广性，因而在小型风电机组中应用广泛。

然而，爬山法难以有效应对变化的风速而出现搜索方向错误以及搜索速度不能适应风速变化快慢的问题，大大降低了风力机的风能捕获效率。

爬山法最早是应用于光伏发电系统的MPPT方法，被称为“扰动-观察法”[4-7]。

对于爬山法搜索方向出错的研究主要基于光伏发电领域[6-7]，基于风力发电系统的相关研究较少。

文献[6]基于光伏发电系统提出一条避免错误搜索方向的准则，然而该方法不仅难于实施，而且需要获知大量的系统特性参数；文献[7]提出在扰动期间增加一次功率测量以保证所测得的功率变化量完全由MPPT的转速扰动产生的思路。

然而，由于风力发电系统不同于光伏发电系统的特性，上述方法都不能直接扩展至风力发电系统。

文献[8]首次基于风力发电系统细致研究了爬山法搜索方向判断受风速变化的干扰问题，论文舍弃了爬山法确定步长的方法，提出一种依赖于感知风速变化的新型爬山法，取得了较好的仿真和实验结果，但是该算法是否适用于复杂湍流风速有待于深入研究。

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。

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。