摘要：在风力发电机运行的过程中，系统控制技术的应用能够提升机组的运行能力，故而，本文结合实际，在阐述风力发电系统运行内容的基础上，对MPPT控制技术的实践要点进行总结分析，希望论述之后，可以将风力发电控制系统的运行能力提升，以提高风力发电的能力。
关键词：风力发电；系统控制；技术实践
引言
现代社会中人们更加重视可持续发展理念的应用，所以很多清洁、可再生能源成为人们的首选，风能就是其中一种。风能的有效开发和使用对于世界的发展都有着非常重要的作用，尤其是现代社会中能源供应严重不足的情况，对于促进社会发展有着积极的意义。目前的风力发电系统中包含恒速恒频系统与变速恒频系统，从多年的实践经验分析，变频设备对于风能的利用率更高。并网型变速恒频风力发电的系统中主要包含风轮、齿轮箱、发电机、变流设备等结构部分，风轮可以直接获取风能，然后通过设备转化成为机械能力；发电机将接收到的机械能转化成为电能；变流设备可以将发电机所发出的频率幅值伴随着风速直接转化成为与电网同频同幅的交流电，可以输送到电网中应用。
1风力发电系统运行状态
风力发电系统的运行状态具体为如下两种：
1 ）最大风能追踪状态。在风速不能达到额定数值要求的情况下，风轮转速也会伴随着风速的不同而发生一定的变化，可以保证最佳叶尖速比与最大风能系数达到要求，可以全面提升风机的输送效率。
2 ）额定功率运行状态。在风速超过额定数值要求之后，可以利用叶片桨距角与风轮转速的控制来确保风能捕获效率，确保风机的运行在额定功率参数范围内工作。
2 MPPT 控制
2.1 MPPT 控制的原理
根据贝兹理论的要求，风轮在风能中所吸收的功率可以按照下式计算：
P m ＝0.5 pπ R 2 v 3 C p （ λ ， β ） （ 1 ）
式中： P 为空气密度， kg/m3 ； R 为风轮的半径， m ； v 为风速， m/s ； C p为风能利用系数，可以直接体现出风能利用效率，为叶尖速比 λ 和叶片桨距角 β 的函数。 叶尖速比可通过下式计算：
λ＝ω r R/v （ 2 ）
式中： ω r 为风轮机械角速度， rad誗s 。在系统的工作状态为最大风能追踪条件之下，桨距角就会成为固定参数。这种情况之下，C p 值会直接影响 λ值。对于规定的风力机来说，其 C p －λ 曲线也是恒定的。从这个角度出发，当 λ 为 λ opt 时风力机的运行速度就能够达到最大风能利用系数 C pmax ，所以也可以将λ opt 当作是最佳叶尖速比。 从上式（ 2 ）中可以发现，在 λ 为 λ opt 时，风速数据之下会产生出最优转速 ω ropt 。
其中，各个曲线中的最优功率参数上所反映出的转速即为最优转速 ω ropt 。各个曲线连接部分的最优功率点就是该风力机运行的最优功率曲线。MPPT 控制的基本原理就是特定风速参数之下，利用风力机转速可以保证设备一直处在最优转速中。为了能够确保其处在最佳叶尖速比上，所以需要确保风力机处在最优功率曲线中，可以最大程度上获取风能。
2.2 MPPT 控制的实现方法
MPPT 控制通常应用的是最大功率控制方式，当前应用最为普遍的集中控制方式如下所示：
2.2.1 叶尖速比法
叶尖速比的控制方式主要是把风力机的叶尖速比 λ 时刻限定在 λ opt 上，无论自然界中的风速为何参数，都能够获取最大风能转换效率，能够满足实际发电的需要。基于此，可以实时测量风速与风力机转速，然后可以计算确定叶尖速比参数，并且与系统的最佳叶尖速比数据进行对比分析，存在的误差直接传输到控制器内，并且通过逆变器来调整风机转速，以保证系统的叶尖速比时刻处于最佳状态之下。
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这种方案可以更好的保证风速变化能够有效的调节，确保发电机输出功率满足使用的需要，且操作非常便捷，但是要随时掌握风速、风力机运行状态，如果风速数据掌握不精确，会影响使用效果。
2.2.2 功率信号反馈法
这种方案的应用并不会准确的掌握风力机特性，也不进行风速测量。在风带动风力机旋转到发电机正常工作的转速之间时，要根据转速、风力机特性等参数的计算确定最佳的功率参数，然后和发电机输出功率进行对比分析，可以掌握其数据偏差。该方案的主要工作原理就是通过叶尖速比参数的调整来进行的改善方案，主要的区别就是把输出功率和风速的关系直接转化成为输出功率与发电机转速的关系，然后可以将转速传输到系统中，能够保证系统的工作效率在最佳负载率范围内，并且系统运行更加的安全和稳定，可以满足使用的需要。
这种方法的缺点是：不同风力机来说，最大功率曲线应该先利用仿真或者而模拟的方式计算确定，可以有效的提升反馈控制难度与实际成本。很多行业人员研究发现，使用功率信号反馈与爬山法联合的方式也能够研发出混合的控制策略，从而可以有效的消除功率信号反馈法的不足。
3恒功率控制
3.1 恒功率控制的原理
从上文中分析可以确定， C p 为λ 与β 的函数关系C p（ λ ， β ）曲线。
可知： 1）当λ 处在恒定不变的情况下，增大桨距角 β，则 C p 就会减小；2）当λ处在恒定不变的情况下，λ与 λ opt相差比较大时，C p 迅速减小。
恒功率控制的工作原理就是改变叶尖速比 λ 或桨距角 β （或同时调节 λ 和 β ）可以使 C p 值减小，然后就能够获取更多的风能，且使风力机保持额定功率附近。
3.2 恒功率控制的实现方法
额定风速中的恒功率控制的主要技术就是叶片技术，主要方法如下所示：
3.2.1 定桨距失速控制
这种方式的主要原理就是通过桨叶翼型所具备的失速特性，对于超过额定风速数据之下，气流功角会直接增加到失速的状态之下，就会导致桨叶表面出现紊流，风轮转速下降，会直接造成叶尖速比数据的减少，从而导致风能利用率的下降，可以有效的控制功率。这种方式进行风力发电机的调节稳定、可靠，但是为了不会导致失速问题的出现，会增加叶片重量，内部组成也会更加的复杂，导致整个系统运行效率比较低，在风速达到规定数值之后，就会出现设备停止运行的情况。
3.2.2 变桨距控制
这种控制方式主要是利用改变风叶桨距角来进行气流对叶片功角的改变，从而可以调整风轮动力转矩参数，可以保证风速在超过额定风速之下达到输出功率的稳定。
风力发电系统包含内容比较多，涉及到的范围比较广，控制对象主要是复杂的非线性随机系统，所以变桨距的控制方式也是一种非线性的变量控制方式。这种方式是从以往的PI控制的基础上改进而来，其属于智能化的控制方式，技术水平比较高。而PID控制更加的先进，内部结构也相对较为简单，但是需要在使用之前经过大量的实验才能确定最佳的PID参数，如果在风机与最佳平衡点存在偏差的情况，控制效果会比较差，无法达到使用的效果。
很多研究学者把模糊控制法作为基础理论设计成为变桨距控制器，应用效果非常明显，所以这种也被大量的应用到实际操作中，使得风力发电系统运行更加稳定、高效，电能转换效率也得到了很大的提升。
4结论
风力发电是现代社会中非常重要的电能获取方式，风能具备较高的清洁性，不会产生任何的污染问题，是人类的理想能源。但是在风力发电系统运行中，还存在很多现实问题无法解决，尤其是控制系统方面，在未来发展中，需要研发出更加先进的控制策略和技术，以提升控制水平，提高发电效果，满足人类发展的需要。
参考文献
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论文作者:苏玮
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/20
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