高 冉
吉林龙源风力发电有限公司，吉林 长春 130000
摘要：在当前条件下传统能源存在很大缺陷，风能作为新型能源，分布广、无污染。但自然条件下风速具有强非线性，极易受到环境影响，为获得对风能最高利用率，需要对风机系统进行实时最大功率点跟踪研究，来提高风机输出效率。
关键词：直驱永磁；风力发电；跟踪技术
引言：直驱永磁同步发电机在风机与发电机转自之间没有任何耦合工具，因此在运行与维修方面可以省去大量开支。而D-PMSG风电系统因为环境因素影响极易受风速波动的影响，因此须开展D-PMSG的MPPT的研究。常规风能MPPT方法为两大类，第一种是最优特性曲线法，包括叶尖速比法、最优转矩（optimal torque,OT）法。其中，OT法电磁转矩调节平稳，被兆瓦级大型风电机组采用较多。第二种是寻优法，包括固定步长爬山算法和变步长爬山算法，但该类方法在接近MPP时波动较大，无法精确快速地追踪到MPP。本文分析D-PMSG基本特性，并研究模糊控制理论，然后提出基于D-PMSG附加模糊控制的MPPT方法，并在Matlab/Simulink中建立仿真模型，得出仿真结果，并与常规的MPPT算法比较，从而证明本文提出方法的优势。
1 系统原理及特性
（1）风力机输出特性。根据Betz理论可知，在自然条件下，风机的输出功率Pw为式（1）。
.png)
由式（4）和式（6）可得出改变占空比D的值即可改变风机等效负载，进而改变系统的输出特性，通过改变前者与后者的输出特性，从而使系统运行在最大功率点处。
2 模糊控制器
2.1 输入与输出量的模糊集合
风电系统的输出功率会随BOOST电路中占空比D的值改变，因此本文将升压电路中本周期占空比减去上周期占空比的差值，同升压电路中本周期减去上周期输出功率的差值，作为模糊控制系统的输入量，随后将输入参数模糊化，在模糊规则库的对照下进行推导可得出下个周期的占空比应取得的大小和方向。最后再将输入量量化，填充到模糊集合Ep、Ed、Edl中，如式（7）。
.png)
3 仿真结果比较及结论
若不计系统间摩擦系数及能量损耗，仿真参数设定如下：空气密度ρ=1.225kg/m3，风轮半径R=4m，风电机的桨距角β=0°。D-PMSG中定子相电阻Rs=0.05Ω，定子绕组电感L=3.96×10-4H，转动惯量J=0.192kg·m2，极对数36，输入风速为12～15m/s，升压电路总负载R=15Ω，仿真时间共2s。使用Matlab/Simulink来搭建D-PMSG系统模型并进行仿真，所得结果如图1。
通过图1、图2能明显看出，三种方法都成功追踪到了D-PMSG系统的MPP，固定步长算法在过程中因为风速突变，导致系统发电机存在转速波动大，输出功率不稳定的问题。变步长爬山算法可以在过程中改变追踪步长，从而因风速变化而产生较小波动，但在接近系统MPP时无法平稳精准地追踪到系统的MPP。
.png)
4 结语
从结果看，模糊控制算法比变步长爬山算法追踪过程更加平稳顺滑，与固定步长的追踪过程相比，当风速突变时，系统功率输出平稳，尤其适合在实际中应用。最后由此得出，最后仿真结果可证实本文提出的基于模糊控制的MPPT策略的优势。
参考文献
[1]赵仁德,王永军,张加胜.直驱式永磁同步风力发电系统最大功率追踪控制[J].中国电机工程学报,2009,29（27）:106-111.
[2]王彦国.直驱式风力发电系统及其控制策略研究[D].北京：华北电力大学（北京）,2009.
[3]王天钰,魏星,徐家俊,王晓茹.考虑输入饱和的直驱式永磁同步风力发电系统最大功率跟踪控制[J].电力自动化设备,2015,35（07）:113-119.