风力发电系统的MPPT方法研究
摘要：文章介绍了几种MPPT方法，说明其方法的优点和缺点。通过优化MPPT控制的算法，可以提高风力发电的效率。
关键词：风力发电；最大功率点跟踪；爬山法；反馈控制
对最大功率点跟踪控制的研究是风电系统研究的热点之一。文章介绍了常用的MPPT算法，对于研究新型的MPPT算法有参考价值。
1 风力机特性
研究风力机把风能转化为机械能的模型非常困难，因而用一种简单的模型进行描述。由贝兹定理可知，风机吸收的功率为：Pm=1/2ρAV3Cp(λ,θ)。其中，ρ为空气密度，A为风轮叶片面积，V为风速，CP(λ,θ)为风轮利用系数，与叶尖速比λ和浆距角ρ有关，λ=ωR/V。其中，ω为风轮机械角速度，R为风轮半径。在正常运行时，浆距角θ不变，功率输出与叶尖速比λ有关。叶尖速比λ保持在最佳叶尖速比处，就能使输出功率Pm保持在最大功率点。
2最大功率点跟踪方法
常用的MPPT算法大致归为两类：反馈控制和扰动控制。反馈控制中有最佳叶尖速比、功率反馈法等，扰动控制法又称爬山法。
2.1最佳叶尖速比法
最佳叶尖速比法是在风速变化时，保持叶尖速比λ在最佳λopt处。这样在变风速时，都能保持风能最佳利用率。这种方法直接、明确，但是需要测量风速和风机转速。由于风速的不确定性，风速测量不精确，这种算法会导致系统可靠性低，且需要风力机的特性，导致成本增加，很少在实际中应用。
2.2功率反馈法
功率反馈法测量出风机转速，然后根据最大功率曲线得出对应的功率值，作为机侧双闭环控制的给定值，与实际功率值进行比较。通过双闭环控制，使发电机输出功率跟随最大功率的给定值。这种方法不需要测量风速，因为不存在测量风速所带来的问题。最大功率曲线需要通过模拟仿真得到，实现起来相对麻烦。不过，可由先进的设备测量得到。在一些大型风电
场中也有应用。
2.3爬山法
风能发电原理由转速功率曲线可知，控制转速扰动，可调节输出功率接近最大功率。当前风机功率与前周期风机功率进行比较，如果功率下降，转速扰动反向，否则保持符号不变。此方法只需改变转速扰动变化量。根据其步长的设置，可分为定步长和变步长。定步长算法中，如果步长设置太大，会出现输出功率在最大功率点处震荡，影响系统稳定性能；步长设置过小，又使系统响应速度变慢。为同时满足系统稳定性和快速性的要求，使用变步长爬山算法。双变化率变步长法，给功率变化量一个限定值，如果前后功率之差超过限定值，则说明此时输出功率距最大功率点较远，步长值可设置较大；如果不超过限定值，则输出功率正在与最大功率点接近，步长值设置较小。此种方法在一定程度上满足了稳定性和快速性的要求，但是步长值的设置需要经过多次调速才能达到最佳的扰动值。改进型爬山算法，初始时，步长设置较大，系统检测前后功率差值与0的比较值，差值大于0则处于上坡状态，小于0则处于下坡状态。在输出功率下坡状态时减小步长至其原步长的1/2，这样每次差值小于0时步长就会减小一次，系统就会快速的稳定在最大功率点处，使系统满足稳定性和快速性。该方法在风速固定时效果比较理想，但是风速变化较慢时，扰动步长会保持在最小值。
2.4其他算法
根据最佳叶尖速比法，爬山法改进的算法还有很多。如基于风速估计的最优叶尖速比法，模糊逻辑搜索法，占空比扰动法，正弦小信号扰动法等。这些算法有所改进但还存在着缺点。
3MPPT方法的选择
由上述可知，每种MPPT算法都有其各自的优缺点，在选择时还需要考虑环境，经济成本，应用对象等其他因素。需要综合考虑，对各种方法取长补短，优势互补以得到最适合的控制方法。
4结语
由于风电系统的复杂性和非线性，以及其他因素的作用，使对MPPT算法的研究成为风电系统的一个热点问题，通过对常用的MPPT算法原理分析，对于研究新型的MPPT算法有参考价值。
参考文献：
[1] 陈毅东,杨育林,王立乔,等.风力发电最大功率点跟踪技术
及仿真分析[J].高压电技术,2010,36(5):1322-1325.
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