云南机电职业技术学院电气工程系 贾蒙蒙

基于功率信号反馈法捕获最大风能的原理研究

云南机电职业技术学院电气工程系 贾蒙蒙

根据风力机的特性曲线，推导出风能和转速之间的关系，利用功率信号反馈控制的方法调节风力机的转速，从而得到最佳转速捕获最大风能。

风力机；功率信号反馈法；最大风能捕获

1.风力机模型

风力机发出的机械功率利用贝兹理论计算可得［1］：

在公式中空气的密度用r表示；叶片扫略面积用S表示；风速用v表示；

风能利用系数用Cp表示；叶尖速比λ和叶片桨距角β控制着风能利用系数Cp的大小。

叶尖速比λ的表示方法为：

式中ω——风力机的机械角速度；R——风轮叶片的半径。

假设已知风力机的型号，那么r为常数，S为固定值，在风速一定的情况下，风能利用系数Cp的大小决定了风力机输出的机械功率，Cp与λ之间的关系式可以表示为：

式中λi满足：

如图1所示。

图1　风力机的特性曲线

当桨叶节距角为确定值时，利用图1的一条曲线就可以表示Cp与λ之间的函数关系，根据贝兹理论，假设风力风力机风参数相同而且风速一定，那么在同样的环境中，风力机获得的功率大小与风能利用系数Cp大小相关。只要想获得最大输入功率（当前风速小于最低额定风速），使风力机运行在Cpmax点是非常必要的。根据图1风力机的特性曲线，在桨距角固定且风力机运行的风速小于额定风速的状态下，调节风轮转速使得λ=λopt，那么风力机就能够输出最大的机械功率。……