****功率追踪与变速恒频风力发电
张勇1， 曲华龙2（1荣成出入境检验检疫局，山东荣成26430；2山东华力电机集团股份有限公司，山东荣成264300）
摘要：根据风力机的输出特性，详细分析l****功率追踪的原理及其具体实现方案，对三种实现方案进行比较，指出转矩控制方案更具有优势。介绍了两种典型的变速恒频风力发电系统的工作原理，并对它们进行了细致的比较分析，为合理选择变速恒频风力发电系统提供借鉴。
关键词：****功率追踪；变速恒频；风力发电
中图分类号：tw1315文献标识码：a文章编号：1673-6540( 2009)】2-0026-04
0 引 言
风力发电的成本已接近于火力发电的成本【1】，且对环境几乎没有污染，因此受到广泛关注，风力发电技术也得到了长足发展。风力发电系统主要由风力机、发电机和控制系统构成。风力机将风的动能转换为轴上的机械能输出给发电机，而发电机则将其转换为电能。风能是一种不稳定、随机性很强的能源，风速、风向不停地变化。在不同的风速下，通过风力机的风能不同。如何将通过风力机的风能尽可能多地转换为轴上的机械能输出，即****功率追踪，是现代风力发电系统的一个重要问题。
在同一风速下，随着风力机转速的不同，风力机将风能转换为机械能的效率是不同的，有一个效率****的点。进行****功率追踪，就是要使风力机始终运行于这个效率****的点上。风速变化，效率****的点对应的系统转速也在变化，即发电机的转速变化，此时要向电网输出频率和幅值恒定的交流电能，就需要变速恒频风力发电技术。
本文介绍了风力发电系统****功率追踪的原理及日前两种最典型的变速恒频风力发电系统。
1 风力机的输出特性
设风力机叶片半径为r，空气密度为ρ，风速为v，则风力机轴上输出的机械功率为式中：
cp（λ，β）为风能利用系数，反映风力机吸收风能的效率。风速确定时，风力机吸收的风能只与cp（λ，β）有关。桨叶节距角β一定时，cp（λ，β）是叶尖速比λ的函数，如图1所示，此时存在一个****叶尖速比λopt。．对应****的风能利用系数cpmax。
式中ωwt为风力机的转速。当风力机运行于****叶尖速比的状态时，风速与风力机的转速成正比：
此时，风力机轴上输出的机械功率为：
将式(4)的两边都除以风力机的转速，可得风力机轴上输出的机械转矩为：
式(4)、(5)给出的风力机输出的机械功率、机械转矩与转速之间的关系称为****功率曲线和****转矩曲线。当风力发电系统稳定运行于某一风速下的****功率点处时，风速与叶尖线速度符合式(3)给出的关系，即风力机处于****叶尖速比状态；此时风力机的输出功率与转速符合式(4)所给出的****功率曲线关系，风力机的输出转矩与转速符合式(5)所给出的****转矩曲线关系。所以，从这个角度上讲，****功率曲线、****转矩曲线与****叶尖速比是统一的。
不同风速下，风力机输出的机械功率、机械转矩、****劝率和****转矩曲线如图2所示。图2(a)为风力机的功率、转速特性曲线；图2(b)为风力机的转矩、转速特性曲线，2(bl中的转矩曲线为2(a)中相应的功率曲线除以转速得到的，所以二者所表示的运行状态是一致的。
2****功率追踪原理及实现方案
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