最大风能捕获原理解析

由于风力机的输出功率大小与风能利用系数有关，风能利用系数与叶尖速比λ相关。当桨叶半径固定，风速和桨距角一定时，总存在一个与最优叶尖速比λ_opt相对应的最大风能利用系数C_pmax，这就是说在此风速下，风力机风能转化效率达到最高，风力机最大输出功率与叶尖速比是否最优相关。且由式（6-27）可知叶尖速比与风力机角速度ω_t的关系，风力机输出功率最终由风力机角速度ω_t决定。

由于风速是随机变化的，使得风力机的输出功率也是变化的。且风力机在每一不同风速下都有不同的输出功率特性曲线，为了使风能转化效率达到最大，风力机就要在每一变化风速下都运行在输出功率特性曲线中的最大功率点处，以保持风能利用系数C_P最大。即在图6-21中风速为v₁时风力机转动的角频率ω₁，输出功率P_m达到A点最大，当风速变为v₂时，风力机运行在B点不能输出最大功率，这时通过最大功率跟踪控制方式使风力机转动角频率增至ω₂，使风力机输出功率达到C点。

图6-21 风力机输出功率—风力机角速度关系曲线

风力机输出功率与风力发电机输出电压角频率的关系式：

(www.xing528.com)

式中 R——桨叶半径；

n_p——电机的极对数；

ω_e——发电机输出电压角频率。

由图6-21可知，只要控制发电机输出电压角频率使风力机运行在图中的最大功率AC曲线上，即捕获了最大风能。实现最大功率点跟踪的典型算法是采用尖速比控制、功率信号反馈控制、爬山搜索法控制等。