****功率追蹤與變速恒頻風力發電
張勇1， 曲華龍2（1榮成出入境檢驗檢疫局，山東榮成26430；2山東華力電機集團股份有限公司，山東榮成264300）
摘要：根據風力機的輸出特性，詳細分析l****功率追蹤的原理及其具體實現方案，對三種實現方案進行比較，指出轉矩控制方案更具有優勢。介紹了兩種典型的變速恒頻風力發電系統的工作原理，并對它們進行了細致的比較分析，為合理選擇變速恒頻風力發電系統提供借鑒。
關鍵詞：****功率追蹤；變速恒頻；風力發電
中圖分類號：tw1315文獻標識碼：a文章編號：1673-6540( 2009)】2-0026-04
0 引 言
風力發電的成本已接近于火力發電的成本【1】，且對環境幾乎沒有污染，因此受到廣泛關注，風力發電技術也得到了長足發展。風力發電系統主要由風力機、發電機和控制系統構成。風力機將風的動能轉換為軸上的機械能輸出給發電機，而發電機則將其轉換為電能。風能是一種不穩定、隨機性很強的能源，風速、風向不停地變化。在不同的風速下，通過風力機的風能不同。如何將通過風力機的風能盡可能多地轉換為軸上的機械能輸出，即****功率追蹤，是現代風力發電系統的一個重要問題。
在同一風速下，隨著風力機轉速的不同，風力機將風能轉換為機械能的效率是不同的，有一個效率****的點。進行****功率追蹤，就是要使風力機始終運行于這個效率****的點上。風速變化，效率****的點對應的系統轉速也在變化，即發電機的轉速變化，此時要向電網輸出頻率和幅值恒定的交流電能，就需要變速恒頻風力發電技術。
本文介紹了風力發電系統****功率追蹤的原理及日前兩種最典型的變速恒頻風力發電系統。
1 風力機的輸出特性
設風力機葉片半徑為r，空氣密度為ρ，風速為v，則風力機軸上輸出的機械功率為式中：
cp（λ，β）為風能利用系數，反映風力機吸收風能的效率。風速確定時，風力機吸收的風能只與cp（λ，β）有關。槳葉節距角β一定時，cp（λ，β）是葉尖速比λ的函數，如圖1所示，此時存在一個****葉尖速比λopt。．對應****的風能利用系數cpmax。
式中ωwt為風力機的轉速。當風力機運行于****葉尖速比的狀態時，風速與風力機的轉速成正比：
此時，風力機軸上輸出的機械功率為：
將式(4)的兩邊都除以風力機的轉速，可得風力機軸上輸出的機械轉矩為：
式(4)、(5)給出的風力機輸出的機械功率、機械轉矩與轉速之間的關系稱為****功率曲線和****轉矩曲線。當風力發電系統穩定運行于某一風速下的****功率點處時，風速與葉尖線速度符合式(3)給出的關系，即風力機處于****葉尖速比狀態；此時風力機的輸出功率與轉速符合式(4)所給出的****功率曲線關系，風力機的輸出轉矩與轉速符合式(5)所給出的****轉矩曲線關系。所以，從這個角度上講，****功率曲線、****轉矩曲線與****葉尖速比是統一的。
不同風速下，風力機輸出的機械功率、機械轉矩、****勸率和****轉矩曲線如圖2所示。圖2(a)為風力機的功率、轉速特性曲線；圖2(b)為風力機的轉矩、轉速特性曲線，2(bl中的轉矩曲線為2(a)中相應的功率曲線除以轉速得到的，所以二者所表示的運行狀態是一致的。
2****功率追蹤原理及實現方案
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