本發明涉及一種風力發電系統，尤其涉及一種風力發電系統最大功率點跟蹤控制方法。

背景技術：

近年來，變速恒頻（VSCF）雙饋風力發電系統以其獨特的優勢，逐漸成為風力發電的主流。它通過調節轉子側交流勵磁電壓的頻率、幅值、相位對定子輸出電能進行控制，能在保持輸出電壓電流頻率恒定的同時，通過調節轉速改變輸出功率。

雙饋風力發電系統最大功率點跟蹤通常基于實驗測定的最佳風速-功率-轉速曲線，但在長期運行中系統參數的變化會使實際最大功率點偏離原曲線，影響最大功率跟蹤效果。

雙饋風力發電系統常見的控制方法有：直接檢測當前風速，通過特性曲線獲得對應的最佳葉尖速比，控制轉速，此方法不但需要高精度的測量儀，而且因為風力機周圍氣流受葉片擾動較大，風機葉片上各點風速都不相同，難以準確測量；利用風力機的特性曲線的功率-轉速關系獲得當前轉速下的最佳功率值，再利用功率閉環控制。但是通常特性曲線不易獲得，而且隨著風機的老化、磨損、腐蝕，曲線都會發生變化，影響最大風能跟蹤的效果。利用神經網絡校正特性曲線，但實際運行中風速變化快，神經網絡訓練很難獲得準確的結果，而且會大大增加系統的復雜性。

技術實現要素：

為了克服運行中系統參數的變化會使實際最大功率點偏離原曲線的難題，本發明提出一種風力發電系統最大功率點跟蹤控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是。

在分析風力機特性、雙饋風力發電機數學模型及功率關系的基礎上，提出了一種以向電網輸出電能最大為目標、不依賴最佳風速-功率-轉速曲線的最大功率點跟蹤策略，實現了定子輸出有功、無功解耦控制。

風力發電系統最大功率點跟蹤控制方法包括雙饋電機風力發電系統、有功無功解耦控制和最大功率點跟蹤三個部分。

所述雙饋電機風力發電系統通過主動改變電磁轉矩來調節風機轉速，尋找功率極點并追蹤最大風能。

所述有功無功解耦控制采用定子電壓定向，根據同步旋轉坐標系下的雙饋機矢量模型無功功率設計系統轉速外環和無功功率外環和轉子內環控制器。

所述最大功率點跟蹤在實現了轉速、無功解耦控制的基礎上，再利用輸出總功率特性曲線的單峰特性，實現最大功率點跟蹤。

本發明的有益效果是：本發明提出了一種以向電網輸出電能最大為目標的最大功率點追蹤方法。這種方法不依賴最佳風速-功率-轉速曲線，能自動尋找并跟隨功率最大點。方法中，設計了轉速、無功外環和電流內環，實現了定子輸出有功功率、無功功率解耦控制。能夠在不同風速下，雙饋風力發電系統均能有效實現最大風能追蹤，有功無功功率在調節過程中互不影響，控制相對簡單，運行可靠，有較高的實用價值。

附圖說明

圖1 雙饋電機風力發電系統。

圖2 最大功率點跟蹤控制結構。

圖3 風速變化時的系統跟蹤過程。

具體實施方案

圖1中，風力機把風能轉換為機械能 ，但由于風經過風力機后速度并不降為零，所以風力機只能吸收部分風能。風力機的轉速是由風能產生的動力矩和雙饋電機產生的電磁轉矩共同決定的。當轉速與電磁轉矩乘積最大時，發電機吸收的機械功率最大。所以通過主動改變電磁轉矩來調節風機轉速。

有功無功解耦控制采用定子電壓定向，其本質與定子磁鏈定向一致。根據同步旋轉坐標系下的雙饋機矢量模型無功功率設計閉環，在定子電壓定向情況下，通過控制轉子無功電流 可以實現DFIG定子輸出無功功率的控制。因此，設計的系統轉速外環和無功功率外環，轉子內環控制器，可以實現轉速與定子無功功率解耦控制。

在實現了轉速、無功解耦控制的基礎上，再利用輸出總功率特性曲線的單峰特性，實現最大功率點跟蹤。具體算法如下：系統從進入追蹤狀態時刻的初始轉速開始工作，然后每個循環主動地增大或減小一個指令步長。如果本次輸出總功率大于上次功率，則繼續保持調節方向；否則就改變調節方向。由于定子的電阻很小，可以忽略，當同步旋轉坐標系d 軸與定子電壓矢量重合時，計算出直軸和交軸電壓后，得到定子磁鏈方程，同理，可以將轉子磁鏈矢量也寫成d、q軸的形式，通過將轉子電壓矢量方程并寫成 軸的形式，可對轉子電流內環進行設計。

圖3中，在雙饋風力發電系統柔性并網后，并不向電網輸出功率，所以起始工作點為A。然后切換到最大功率點跟蹤策略，轉速降低且功率增大，工作點自動調節到B 附近。當風速突然減小時，由于風力機轉動慣量較大，轉速不會突變，工作點從B 下降到C 而功率突減。此時系統會主動調節轉速，自動尋找功率增大的方向，并最終逐漸運行到D 點。反之，當風速增大時，工作點由D 上升到E，轉速不變功率突增，然后系統再追蹤功率增大的方向，運行到F，穩定在最大功率點附近。