界 范 围 内得 到 了很好 的利 用 。而风 力发 电作 为一 种
１ 风 力发 电 系统 动 态 模 型
根 据流 体 力 学 中气 流 的动 能 计算 公 式 ， 结 合 贝 兹 理论 风力 机轴上 的输 出机 械功率 为 ］ ：
Ｐ ＝ ７ ｒ 尺 ｃ （ 是 风 能利 用 的一 种 重 要 的 形 式 。近年来 ， 由于双 馈 风 力 发 电机 投 资成 本 低 且 控 制 灵 活等独 有 的技 术 优 势 ， 其 已经 成 为 了风 力 发 电
关 键词 ： 风 力发 电 ； 最大风能追踪 ； 最优 控 制 ； 定 桨 距
文章 编 号 ： １ ０ ０ ８— ０ ８ ３ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ７— ０ ０ ２ １ — ０ ３ 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｍ６ １ ４ 文献 标 志 码 ： Ｂ
风 能作 为一 种 清 洁 的 可再 生 能 源 ， 近 年 来 在 世
． ， ｄ ｔ ： Ｔ — — ０ ９ ｔ
‘
～
（ ４ ）
、
式中， 为 风力 机 的机 械转矩 ， 为风 力发 电 机 电磁 转矩 ， ． ， 为转 子 轴 系 转 动 惯 量 ， 为 风 力 发
・
２１ ・
贵 州 电力 技 术
第ｌ ６卷
电机 转子角 速度 ， 为阻尼 系数 。
风轮半 径 Ｒ＝ ２ ． ４ ｍ， 空气 密度 Ｐ ＝ １ ． ２ ５ ｋ ｇ ／ｍ
的主要 选择 。
风能具 有不稳定性 和随机 ｆ 生的特点 ， 控 制技术 是 风力 发 电机 组安 全 高效 运行 的关 键 ¨ 。风力 发 电机 组是 复杂多变量 非线性系统 ， 具 有不确 定性 和多 干扰 等特点 。近年来 随着风 电装机 容量 的增加 ， 机组性 能 和发 电质量成 为 大家 密切 关 注 的问题 。这 就对 风 电
按 照式 （ ８ ） 的 控制 率 ， 风 力 发 电 机 组将 能够 根
据 风速 信号 调 节 发 电机 电磁转 矩 ， 实 现 风 机 转速
（ ｃ Ｊ 跟踪 。
４ 仿 真 分 析
为 了 验证 本 文 所 提 控 制 策 略 的正 确 性 及 优 越
性， 选 取某 ４ ｋ Ｗ 风 电机 组 作 为研 究 对 象 ， 进 行 仿 真 研究 ， 仿真 参数如 下 ：
机组 的机 械和 电气 动态特性 ， 提 出 了变 速风力 发 电机
当风 力 发 电机 组 在 运 行 于 额 定 风 速 以下 运 行
时， 令 ＝０即可 。
风力 机 的机械 转矩 为 ：
＝ ６ ０ ＝
二
组 的非线 性 自适 应 控 制 。文献 ［ ５ ］ 采 用 自适 应 控 制
２ ０ １ ３年 ７月 第 １ ６卷 第 ７期
２ ０１ ３，Ｖｏ ｌ ，１ ６，Ｎｏ ． ７
贵州 电力技术
ＧＵＩ ＺＩ － Ｉ ＯＵ ＥＬＥＣＴＲＩ Ｃ Ｐ ＯＷ ＥＲ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ
发 电研 究
Ｐｏ ｗｅ ｔ Ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
定 桨 距 风 力 发 电机 组 最 大 风 能 追 踪 优 化 控 制 研 究
这一 问题 ， 采用最 优控 制 理论 的思想 ， 设计 风 电机组 的优化控 制策略 。
言， 其 结构 较简单 ， 如 图 １所 示 ， 其 组 成 部分 主要 有 风力 机及 其转子 、 变 速传 动装 置 （ 齿轮箱） 和 发 电机 转子 。采 用单 质量块 模 型进行 建模 ， 其运 动方 程为 ：
机运行性 能优 良。文献 ［ ２ ］ 采用基 于电功率反馈控 制
＿ ０ ． ２ ２ （ － ０ 一 ＿ ５ ） ｅ 一
式中： １ ＝
一
（ ２ ）
。
策略 ， 可 避免风速 测量 不准 确 的问题 。文 献 ［ ３ ］ 将 风 电系统进 行线性 化处理 ， 实现 了风 电系统在模 型存 在 误差情 况下 的最 大风能捕获 。文献 ［ ４ ］ 根据风力发 电
蒋婷婷
（ 贵 州大学电气工程学院 ， 贵１ ， １ １贵 阳 ５ ５ ０ ０ ２ ５ ）
摘
要： 最大 风 能 追踪 是 风 电控 制 系统 的主要 目标 之 一 ， 对 于风 力发 电具 有 重要 的 意 义 。该 文 采 用 优 化 控 制 理 论 ， 提
出了额 定 风 速 以 下发 电机 组 最 大风 能 追 踪优 化 控 制 策略 。并 对 ４ ｋ Ｗ 风 电机 组 进 行 了风速 突 变情 况 下 的仿 真 研 究 ， 通 过 对发 电机 电磁 转矩 的优 化控 制 ， 可 以 实现 对 风 能 的 快速 追 踪 ， 仿 真 结果 验 证 了所提 出 的优 化控 制 策 略 的有 效 性 。
器， 以改 善风力发 电机 组在较大 运行范 围 中风能利 用
７ ｒ Ｒ Ｃ ｒ
（ ３ ）
式中： Ｃ ＝ Ｃ 。 ／ Ａ为转 矩系 数 。 风 力 发 电机 组 的轴 系 相 对 于 汽 轮 发 电机 组 而
系数 的衰减特性 。文献 ［ ６ ］ 采 用 双模 控制 结构 ， 实 现 了最大风 能捕获 。文献 ［ ７ ］ 采 用神 经 网络 模 型 ， 建立 了最优参 考模型 ， 取得 了 良好 的控制效 果 。这些 控制 策略虽然 在一定程度 上改进 了控 制效果 ， 但是 它们 均 是考虑某个 因素对风 电机组运行 的影 响来进 行设计 ， 因此不能保 证 风 电机组 整体 性 能 的最 优 。为 了克服
式中， Ｐ为空 气 密 度 ， Ｒ为 风轮 半 径 ， 为上 游
风速 ， Ｃ 为风 能利 用 系数 。
对 于变浆 距风 力机 Ｃ 不 仅与 叶尖速 比 （ Ａ＝
） 有关 ， 而且与 浆距 角 有关 。
机组 的设 计 和控 制提 出了更 高的要求 ， 主要 体现在 如 何使得 机组运行 高效 、 承受 载荷小 、 输 出功 率平稳 、 整