实现最大风能追踪控制的方法介绍

目前，所有的变速风机都采用最大功率跟踪控制，实现最大风能追踪控制的方案有很多，其中以是否检测风速分为直接功率控制和间接功率控制，主要差异体现在处于最大风能跟踪区时对发电机输出电磁功率的控制，下文将介绍两种功率控制方案中转子侧变换器的交流侧输出电压d轴分量参考值的计算过程。

1.基于最佳叶尖速比的间接最大功率点追踪控制

结构固定的风力机在桨距角β＝0°时，存在固定的最佳叶尖速比λopt使风能利用系数Cp达到最大值Cpmax，根据贝茨理论此值约为0.593。由式（2－1）和式（2－2）可得基于最佳叶尖速比的间接最大风能追踪控制的机组输出功率参考值的表达式，即

式中，kopt为最佳功率系数，与风力机的特性有关，即

忽略交叉耦合项和前馈补偿时，基于最佳叶尖速比的间接最大风能跟踪控制的转子侧变换器交流侧输出电压的d轴分量参考值urdref计算如图2－6所示。

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图2-6　间接最大功率点追踪控制中转子侧变换器d轴电压控制框图

间接追踪控制不测量风速，所以无法根据风速得到转速或功率的参考值进行直接的闭环控制。追踪过程是根据风力机的气动特性实现间接追踪的，由图2－5（a）可知，当实际的转速小于可以获得最佳叶尖速比的最优转速时，风力机输出的机械功率大于发电机输出的有功功率，系统的动能会增加，转速会逐渐上升，风力机输出的机械功率和机组输出的电磁功率逐渐增加，直至两者达到新的平衡。同样，实际转速大于最优转速时，机组向电网注入有功功率大于风机捕获的机械功率，机组的旋转动能会减小，系统也会逐渐地调节机组的出力和风力机提供的机械功率自动达到新的平衡状态。

2.基于风速-转速/功率曲线的直接最大功率点追踪控制

大部分风电机组出厂时都已经测量了标准空气密度下机组在各风速下可输出的最大功率曲线及相应的转速曲线，这其实就是风电机组实测的最大功率跟踪曲线及转速曲线。所以可以采用查表法进行直接功率控制或转速控制，基于风速－转速／功率曲线的直接最大功率点追踪控制的转子侧变换器交流侧输出电压的d轴分量参考值urdref的计算如图2－7所示。

图2-7　直接最大功率点追踪控制中转子侧变换器d轴电压控制框图

在直接最大功率点追踪控制中会实时测量风力机扫掠面的风速，通过查表法直接得到风力机转子转速或机组输出总功率的参考值进行闭环控制。虽然直接最大功率点追踪控制的操作简单并且控制目标明确，但风电机组的风速测量会存在误差，所以为了降低测量的准确性对控制效果的影响，在实际的操作中会改进控制，添加其他控制环节，保证风电机组的控制效果和安全运行。