風力發電最大功率跟蹤法的研究

汪萃英

【摘 要】本文針對在任何風速條件下，都能夠獲得最大輸出功率，采用一種基于最大功率跟蹤法MPPT保證不管外界環境如何變化，都能夠實現最大功率跟蹤。利用Matlab/Simulink仿真環境，搭建了風力發電最大功率跟蹤模型。仿真和實驗結果都表明在外界環境變化時，所建模型能快速有效地跟蹤風力發電最大功率點。

【關鍵詞】風力發電；最大功率點跟蹤

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

風能是一種具有隨機性、不穩定性特征的能源，近年來，風力發電逐漸成為新能源技術中最具規模和最成熟的發電方式之一。為了提高在不同風速時系統的發電效率，實現最大風能捕獲，人們提出了各種最大功率控制策略[1-2]，例如：給定法，黑箱法，混合控制法等控制方法。這些控制方法會導致系統可靠性低、實際應用成本較高[3]。本文研究的是小型風力發電機組，在黑箱法的基礎上，采用占空比擾動法，研究在隨機風速條件下，保持風力發電系統總是工作在或者接近于最佳狀態，提高風力發電機的效率。

1 最大功率跟蹤法控制策略

1.1 最優葉尖速比法控制

最優葉尖速比法控制原理簡單，易于實現，在風速測量精確地情況下，具有很好的準確性和反應速度，然而它需要測量風速、轉速，風力機輸出功率會因為風速的隨機性和不確定性而產生劇烈波動，系統可靠性低。

1.2 功率反饋法控制

功率反饋法不需要知道確切的風力機特性，也無需測量風速，具有較好的效果和使用價值，但需要檢測風機轉速和發電機功率，還需要知道最優功率曲線，此曲線很難獲得。

1.3 爬山法控制策略

針對前兩種算法的缺點，爬山搜索法應運而生。爬山搜索法無需測定風速，也無需知道風力機確切的功率特性，具有自動跟隨與自適應能力。但是該方法屬于有差調節，即風速穩定后發電機的最終輸出功率也會存在小幅的波動，無法穩定在某一數值。

2 占空比擾動法

占空比擾動法實際上是一種特殊的爬山法。利用斬波器的阻抗變換作用，調整信號的占空比，從而實現發電機輸入、輸出特性與負載阻抗相匹配，實現最大功率輸出。

采用占空比擾動法，搭建風力發電單元最大功率跟隨simulink模型，如圖所示：

圖1 風力發電單元最大功率跟隨仿真模型

圖2 風速變化時風力發電單元輸出功率波形

由圖可知，風速的變化時仿真模型能快速有效地跟蹤風力發電最大功率點，最大功率值隨風速的增大而增大。

3 結論

本文研究了一種基于占空比擾動法的風力發電最大功率跟隨方法，采用占空比擾動法，在Matlab/Simulink仿真環境下搭建了風力發電最大功率跟隨模型。仿真表明，在外部環境變化時，所建模型能夠較好地實現最大功率跟蹤，這種方法不僅具有較高的捕風能力，而且有快速的跟蹤性和穩定性。

【參考文獻】

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