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20kW风力发电机组的最大功率追踪控制

郑平  
【摘要】: 近些年来风力发电机技术发展迅猛,风电在各个国家掀起了一股不小的热潮,风力发电机作为利用可再生能源的典型代表,因其技术较为成熟已被世界上许多国家列为开发可再生能源的首选。我国在研制风力发电机方面取得了一定的成效。但是目前中小型风力发电机组所采用的控制方式简单,控制效果并不明显,且存在着工作状态不稳定,发电效率低等缺点。因此,研究中小型风电机组的特性,将先进的、可靠的控制技术应用其中,对于提高风力机的效率和可靠性有充分的现实意义。 本文首先介绍了风力发电机组的基本理论与组成结构。针对风速、风轮、传动链、永磁同步电机以及变流系统进行matlab仿真建模,分析各个组成部分的特性。研究要实现风力发电系统最大风能捕获时风轮与同步电机的输出匹配特性,该匹配特性的得出组建风机时同步电机的选型有重要的现实意义。 针对现代中小型风力发电机组效率低,工作状态不稳定的问题,本文提出了将最大功率追踪控制应用于中小型风力发电机组模型,并通过分析几种最大功率追踪控制策略的特点,选取爬山算法通过转速扰动,采样输出功率的变化,进行最大功率追踪控制。该控制系统主要是针对整流逆变的中间直流环节进行控制,从而控制电机输出功率。主控制回路采用转速、电流双闭环的方式、通过PWM控制,调节电机输出电流、电压,从而获得最大功率输出。 同时该系统分别对风电系统主回路和控制回路进行仿真联调,验证各种环境参数、运行参数下,MPPT控制策略的跟踪特性与系统的稳定性。经仿真证明该控制策略下输出能量与理论最大值相符合,说明其可以很好的跟踪风力发电机组的最大功率输出。根据输出电流、电压波形可以判断系统可靠稳定。最终,将该控制算法应用于实际20kW直驱型风力发电机组,提高了机组运行的效率和稳定性。


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