直驱风电系统最大功率捕获技术的仿真研究

现有小型风电系统一般采用发电机输出经过不控整流后直接对蓄电池充电或再经过逆变后供给负载用电,并没有对风电转换环节进行控制,使得风能利用系数比较低,一般在0.3左右。据贝兹理论风能利用系数的极限值为0.593,如果控制风力机总是以最佳叶尖速比运行,年发电量可以提高20%～30%。 本文主要研究小型变速直驱风力发电系统的风能捕获策略,以达到最大限度抽取风能的目的;为使风能变为通常用户能够使用的三相电能,变速风力发电机要求有一个功率电子转换器把变频变压的电能转换成恒压恒频的电能输出。 主要研究工作及成果如下: 第一,对风力发电系统的风力机,同步发电机,整流器和逆变器三个组成部件的特性进行分析,手工建立数学模型并用MATLAB/SIMULINK仿真软件建立仿真模型。 第二,在数学模型的基础上对直驱风电系统最大功率捕获技术进行仿真分析。本文提出通过转速控制策略来实现风力机的最佳运行,从而提高风能利用系数到最大值（本文风力机最大Cp为0.46）,实现额定风速以下最大限度捕获风能的目的。尽管不同的风力机都有各自λ-Cp特性,但都对应有最大值,特性规律类似。 第三,当风速超过额定风速（本文的风电系统为12m/s）时,采用增大发电机负载转矩的方式来限制风力机的功率输出,使风电系统能够安全运行。 第四,当发电机组达到最优运行时,通过控制整流器使其输出恒定的直流电压和通过控制逆变器输出合适的交流电压。