风力发电最大功率跟踪策略
本小节需要模拟风力机发电，通过对风力机发电机理研究，采用最大功率跟踪策略，再通过Lab VIEW 仿真得到最大功率追踪到的输出功率曲线图，为协调控制策略提供重要的参数依据。
典型的直驱式永磁同步发电系统的总体结构图如下图所示，其中包括风力机、永磁同步发电机、功率变换模块以及其控制单元。
直驱式风力发电系统中，风能至机械能的转换由风力机实现。根据风力机的气动理论，单位时间内速度为的空气动能为：
1
E=pπr2ν3
2
式中，r 为风轮半径，ｐ为空气密度，ｖ是风速。
风力机输出的气动功率、转矩与风速、风力机参数的满足如下式
P=0.5pswCP(λ,β)ν3 112
????=(????????)??=????????3
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式中， p为空气密度；????为风力机叶片切割风的面积；p为未扰动风速；????(??,??)为是风力机的功率系数。
设风力机位定桨距角为0度，风轮叶片半径为 R=1.3m ，空气密度
系数为31.205kg/ m 。当风力机角速度在0~130rad/s（即转速从 0-1433r/min）、风速在4m/s~12m/s 的范围内变化时，风力机的运行特性曲线如图所示：
又因为T =P/ω
其中，T 是风力机转轴转矩，P 是风力机输出
功率，ω表示风力机转速。根据该式可分析风力机的转矩转速运行特性，可知风力机拖动实质在于：在某一风速下，风力机依据转子转速，输出与该转速相匹配的转矩。由以上研究可以推理出，在不采用实际风力机的情况下，如果能实现对电动机转矩的有效控制，则可实现对 风力机的等效模拟。
为了能在不具备风场环境的实验室条件下实现永磁发电机的风力发电，采用直流电动机模拟风力机工作特性的实现方案。该方法基于风力机和直流电动机在功率（转矩）特性上的相似性，采用转矩控制方案实现风力机特性的直流电机模拟，为此得出了转矩控制的方法。 模拟的具体思路为：首先选定需要模拟的风力机叶轮半径，该半径在Lab VIEW上通过公式模拟，对需要的参数目标进行调节就可以得
到需要的半径参考值，再根据风力机特性方程，得到该风力机不同风速下的“转速-转矩”数值曲线。由于转矩控制的准确性直接影响到风力机模拟的效果，在采用合理参数的情况下，应用 PI 的闭环控制可显著提升控制效果。闭环控制如图所示：
闭环控制情况下，假设模拟的风速为定值，根据监测到的转子转速，从“转速-转矩”数值曲线中获取参考转矩。根据公式
????=?????????
可知电磁转矩????和电枢电流????成正比，因此可根据公式算得到对应的参考电枢电流值，再经过含 PI 控制器的控制电路，使直流电动机产生对应的电枢电流，电机从而可输出期望的电磁转矩。因此，直流电动机模拟风力机，主要是模拟风力机的转矩输出特性。
为了简化风力机的运行状况，将会设定一个最佳的桨距角的值，在 为定值的情况下，当风能利用系数在最佳叶尖速比时才能达到最大值，此时就可以获得最大的风能。
由风力机运行特性可以导出不同风速下风力机的输出功率和转速的关系，如下图：
风力发电最大功率跟踪策略
