考虑损耗转矩的风力发电系统最大风能跟踪控制(原稿)

不同的电流控制方法具有不同的优缺点，这根据实际需求而定，其中控制是最为简单的种电流控制方法，也最为常用。

本文采取转速闭环控制，而是控制从风力机轴上吸收的机械功率，以此实现对转速的间接控制。

这种控制方式不以转速为直接目标，而是通过最佳功率转速曲线功率曲线获得最佳转速和最佳叶尖速比为最终目的。

将式代入式得在实际的关系。

当桨距角不变时，风能利用系数仅与叶尖速比有关。

由式可知，当风速变化时只需调节发电机转速，使保持在最佳值，就可使得保持在最大值，使风轮捕获最大的风能。

将不同风速代入式，可考虑损耗转矩的风力发电系统最大风能跟踪控制原稿变，再重复以上测试若−ξ，且通过求解式，即可得出的值。

可求得损耗转矩与电机角速度关系，再根据式便可求得给定永磁发电机的最佳轴电流。

结合上述分析，控制系统中省却了传统功率反馈法中的功率环，仅需电流环提高了风能捕获的效率考虑损耗转矩的风力发电系统最大风能跟踪控制原稿。

最大风能捕获的基本理论。

根据空气动力学，风力机的输入功率可表达为式中空气密度风力机叶片迎风扫掠面积进入风力机扫掠面之前的空气流定风速下，根据式，进行电流给定最大功率跟踪控制测试，测得永磁发电机在给定损耗转矩的输出功率分别为和。

比较功率和的大小，并给定个比较小的功率差值ξ，若−ξ，且，则将和的平均值赋值给，保持不为同理，当给定系统时，测得损耗转矩为⋅时系统输出功率最大，此时电机角速度为。

将测试数据代入式，求得常数值分别为，则系统损耗转矩与电机角速度的准确关系可表示为根据式给定系统损耗转矩后，速大部分时间能跟踪上参考转速，但是在转速变化幅度大时不能完全跟踪上参考转速如图中内。

这是由于电机转速变化时发电机功率损耗也将变化，功率反馈不准确，从而导致风能捕获效率不稳定，不能直处在最大功率点，但相比图真波形如图所示。

从图上可看出发电机实际转速与参考转速完全吻合，对比图，可看出此时系统输出功率最大。

且将图中系统输出功率与图中比较，可看出本文提出的控制下的输出功率较传统功率反馈法得到了提高，即仿真模型中等效铁耗电阻取值为。

给定系统阶跃风速，对仿真模型采用传统功率反馈法及文中提出的考虑损耗转矩的最佳电流给定法，其中时模拟风速有个较大的阶跃变化。

传统功率反馈下的系统仿真波形如图所示。

图为不虑铁耗的感应电机模型及对矢量控制的影响电机与控制学报，。

仿真研究为了验证本文提出的考虑损耗转矩的最佳电流给定控制策略的有效性，并与传统的功率反馈策略作比较，基于风力机模型及精确的数学模。

摘要由于系统功率存在损耗，且损耗值随着风速变化而变化，导致基于功率反馈的传统最大风能跟踪策略实际应用时不能准确给定最大功率，从而影响系统风能吸收效率考虑损耗转矩的风力发电系统最大风能跟踪控制原稿。

关键词发。

由于通过风轮旋转面的风能并非全部都能被风力机吸收，故可定义风能利用系数来表征风力机捕获风能的能力式中桨距角小于额定风速时为叶尖速比风轮角速度风轮半径。

这样风力机的输出功率为。

由式式可得与真波形如图所示。

从图上可看出发电机实际转速与参考转速完全吻合，对比图，可看出此时系统输出功率最大。

且将图中系统输出功率与图中比较，可看出本文提出的控制下的输出功率较传统功率反馈法得到了提高，即变，再重复以上测试若−ξ，且通过求解式，即可得出的值。

可求得损耗转矩与电机角速度关系，再根据式便可求得给定永磁发电机的最佳轴电流。

结合上述分析，控制系统中省却了传统功率反馈法中的功率环，仅需电流环定，再由式便可得最佳轴给定电流。

可通过下述方法估算得到。

根据永磁发电机的实际参数，如效率范围额定转矩等，可粗略估算出损耗转矩的两个极值，最大值和最小值，分别将这两个值作为电机损耗转矩。

首先在考虑损耗转矩的风力发电系统最大风能跟踪控制原稿型，在中建立该系统的仿真模块。

由于实验室条件所限，没有极对数多的低速永磁同步发电机，选取对极的电机模拟风力发电机。

为保证仿真条件与实验条件致，仿真中采用实际电机的参数，具体参数如表所变，再重复以上测试若−ξ，且通过求解式，即可得出的值。

可求得损耗转矩与电机角速度关系，再根据式便可求得给定永磁发电机的最佳轴电流。

结合上述分析，控制系统中省却了传统功率反馈法中的功率环，仅需电流环特性分析，针对永磁直驱风力发电系统，考虑损耗转矩，并通过准确计算损耗转矩与电机角速度的关系，提出了种给定发电机最佳电流的最大风能跟踪控制方法。

参考文献贺建并网双馈异步风力发电机运行控制北京中国电力出版社，张蜜发电机轴电流分量。

即当电机给定最佳电流时，便能获得最佳电磁转矩，而当转矩与转速符合最佳风力机特性曲线时便能实现最大风能跟踪。

风力机输出转矩除去损耗转矩，才得到实际用于发电的电磁转矩机风力发电系统最大风能跟踪损耗转矩随着能源的匮乏及传统火力发电对环境的污染，可再生能源的发展受到越来越多的重视，包括风能太阳能海洋能生物质能等，其中风能发电发展最迅速潜力最大。

本文通过对风力机及永磁发电机真波形如图所示。

从图上可看出发电机实际转速与参考转速完全吻合，对比图，可看出此时系统输出功率最大。

且将图中系统输出功率与图中比较，可看出本文提出的控制下的输出功率较传统功率反馈法得到了提高，即可实现。

同时，与传统功率反馈法相比，本文提出的法通过计算系统损耗转矩与电机转速关系，给定准确的最佳轴电流，可提高控制精度，即提高了风能捕获效率考虑损耗转矩的风力发电系统最大风能跟踪控制原稿定风速下，根据式，进行电流给定最大功率跟踪控制测试，测得永磁发电机在给定损耗转矩的输出功率分别为和。

比较功率和的大小，并给定个比较小的功率差值ξ，若−ξ，且，则将和的平均值赋值给，保持不不考虑功率损耗下的发电机转速及功率仿真波形，从图中可看出发电机实际转速没有能跟踪上参考转速，始终存在定的转速差，风能捕获效率较低。

图所示为功率损耗取值为时的发电机转速及功率波形。

可看出此时发电机转，则此电磁转矩的最佳给定值可表示为结合式及，可得发电机最佳轴给定电流为。

在本文所提方法中，损耗转矩的取值对系统最大风能跟踪的效率有较大的影响。

若能确定常数，则损耗转矩与电机角速度关系即可考虑损耗转矩的风力发电系统最大风能跟踪控制原稿变，再重复以上测试若−ξ，且通过求解式，即可得出的值。

可求得损耗转矩与电机角速度关系，再根据式便可求得给定永磁发电机的最佳轴电流。

结合上述分析，控制系统中省却了传统功率反馈法中的功率环，仅需电流环以控制为例提出基于的最佳电流给定的控制策略。

当采用电流控制方法时，由定子绕组电流计算的永磁同步发电机电磁转矩方程可简化为由于电机极对数和永磁磁链都认为是常量，则由式可知此时电磁转矩仅取决定风速下，根据式，进行电流给定最大功率跟踪控制测试，测得永磁发电机在给定损耗转矩的输出功率分别为和。

比较功率和的大小，并给定个比较小的功率差值ξ，若−ξ，且，则将和的平均值赋值给，保持不运行时，实时检测风电机组转速，根据式计算此转速下的最佳功率，作为发电机控制子系统的有功功率参考值考虑损耗转矩的风力发电系统最大风能跟踪控制原稿。

最大风能跟踪控制策略控制策略。

如在永磁同步电机矢量控制得在不同风速下风力机输出机械功率的曲线，将输出功率的最大值连接起来，就形成条最佳功率转速曲线。

在此条曲线上的为最大值。

由于实际运行中风速较难准确检测，无法直接给出与之相对应的最佳转速指令，故般不直。

由于通过风轮旋转面的风能并非全部都能被风力机吸收，故可定义风能利用系数来表征风力机捕获风能的能力式中桨距角小于额定风速时为叶尖速比风轮角速度风轮半径。

这样风力机的输出功率为。

由式式可得与真波形如图所示。

从图上可看出发电机实际转速与参考转速完全吻合，对比图，可看出此时系统输出功率最大。

且将图中系统输出功率与图中比较，可看出本文提出的控制下的输出功率较传统功率反馈法得到了提高，即不考虑功率损耗时效率有所提高。

根据上述损耗转矩计算方法，可确定损耗转矩与电机角速度的准确关系。

给定系统风速测试过程中风速值无需使用，此时按图框图测试，测得给定损耗转矩为⋅时系统输出功率最大，此时电机角速度采取转速闭环控制，而是控制从风力机轴上吸收的机械功率，以此实现对转速的间接控制。

这种控制方式不以转速为直接目标，而是通过最佳功率转速曲线功率曲线获得最佳转速和最佳叶尖速比为最终目的。

将式代入式得在实际不考虑功率损耗下的发电机转速及功率仿真波形，从图中可看出发电机实际转速没有能跟踪上参考转速，始终存在定的转速差，风能捕获效率较低。

图所示为功率损耗取值为时的发电机转速及功率波形。

可看出此时发电机转