67、基于MPPT的磁场定向控制在双馈感应发电机风力涡轮机中的建模、仿真与实时实现

基于MPPT的磁场定向控制在双馈感应发电机风力涡轮机中的建模、仿真与实时实现

1. 引言

随着能源消耗的增加、化石能源的枯竭以及化石燃料燃烧产生的大气气体浓度对环境造成的威胁，使用可再生能源已成为必然选择。风力涡轮机作为一种取之不尽、对环境无害的能源来源，受到了特别关注。此外，技术的发展和电力电子设备成本的降低，也提高了风力发电系统的潜力。

风力发电系统（WECS）可分为定速和变速两种类型，变速类型因其能在所有风速下实现最高效率而更受青睐。为了从风中提取最大的机械功率，人们对不同的控制方法进行了大量研究，最终目标是控制发电机的电磁转矩，以跟踪风力涡轮机的最佳速比。

在WECS中，基于PI控制器的磁场定向控制（FOC）是一种常用的跟踪最大功率点（MPPT）的方法。该方法能够解耦有功和无功功率，具有鲁棒性和简单性，但强烈依赖于发电机参数。为了弥补这一弱点，有研究提出将PI控制器与模糊算法相结合，使控制器增益能够不断调整；还有研究将人工神经网络控制器与PI控制器相结合，更显著地估计控制器参数。

本文旨在通过Matlab/Simulink环境进行仿真，并通过实验验证基于PI调节器的磁场定向控制对最大功率点的跟踪效果。所使用的发电机类型为双馈感应发电机（DFIG）。

2. 风力发电系统的建模

风力发电系统由风力涡轮机、齿轮箱和DFIG三个重要部分组成。为了控制这样一个复杂的系统，需要为每个部分建立数学模型。

2.1 风力涡轮机的建模

风力涡轮机将风能转化为机械能，其提取的机械功率可以用以下方程建模：
[P_t = \frac{1}{2}\rho \times \pi \ti