风力发电最大功率跟踪法的研究

汪萃英

【摘 要】本文针对在任何风速条件下，都能够获得最大输出功率，采用一种基于最大功率跟踪法MPPT保证不管外界环境如何变化，都能够实现最大功率跟踪。利用Matlab/Simulink仿真环境，搭建了风力发电最大功率跟踪模型。仿真和实验结果都表明在外界环境变化时，所建模型能快速有效地跟踪风力发电最大功率点。

【关键词】风力发电；最大功率点跟踪

Research on Wind Maximum Power Point Tracking Method

WANG Cui-ying

（Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， China）

【Abstract】In this paper， at any wind speed conditions， are able to obtain the maximum output power， uses a method based on the maximum power point tracking MPPT guaranteed regardless of changes in the external environment， we are able to achieve maximum power tracking.Using Matlab / Simulink simulation environment to build a wind power generation MPPT model.The simulation and experimental results show that changes in the external environment， the model is able to quickly and efficiently track the maximum power point of wind power.

【Key words】Wind power generation； Maximum power point tracking

0 引言

風能是一种具有随机性、不稳定性特征的能源，近年来，风力发电逐渐成为新能源技术中最具规模和最成熟的发电方式之一。为了提高在不同风速时系统的发电效率，实现最大风能捕获，人们提出了各种最大功率控制策略[1-2]，例如：给定法，黑箱法，混合控制法等控制方法。这些控制方法会导致系统可靠性低、实际应用成本较高[3]。本文研究的是小型风力发电机组，在黑箱法的基础上，采用占空比扰动法，研究在随机风速条件下，保持风力发电系统总是工作在或者接近于最佳状态，提高风力发电机的效率。

1 最大功率跟踪法控制策略

1.1 最优叶尖速比法控制

最优叶尖速比法控制原理简单，易于实现，在风速测量精确地情况下，具有很好的准确性和反应速度，然而它需要测量风速、转速，风力机输出功率会因为风速的随机性和不确定性而产生剧烈波动，系统可靠性低。

1.2 功率反馈法控制

功率反馈法不需要知道确切的风力机特性，也无需测量风速，具有较好的效果和使用价值，但需要检测风机转速和发电机功率，还需要知道最优功率曲线，此曲线很难获得。

1.3 爬山法控制策略

针对前两种算法的缺点，爬山搜索法应运而生。爬山搜索法无需测定风速，也无需知道风力机确切的功率特性，具有自动跟随与自适应能力。但是该方法属于有差调节，即风速稳定后发电机的最终输出功率也会存在小幅的波动，无法稳定在某一数值。

2 占空比扰动法

占空比扰动法实际上是一种特殊的爬山法。利用斩波器的阻抗变换作用，调整信号的占空比，从而实现发电机输入、输出特性与负载阻抗相匹配，实现最大功率输出。

采用占空比扰动法，搭建风力发电单元最大功率跟随simulink模型，如图所示：

图1 风力发电单元最大功率跟随仿真模型

图2 风速变化时风力发电单元输出功率波形

由图可知，风速的变化时仿真模型能快速有效地跟踪风力发电最大功率点，最大功率值随风速的增大而增大。

3 结论

本文研究了一种基于占空比扰动法的风力发电最大功率跟随方法，采用占空比扰动法，在Matlab/Simulink仿真环境下搭建了风力发电最大功率跟随模型。仿真表明，在外部环境变化时，所建模型能够较好地实现最大功率跟踪，这种方法不仅具有较高的捕风能力，而且有快速的跟踪性和稳定性。

【参考文献】

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