风力机的最大功率点跟踪（MPPT）控制旨在控制风轮转速跟踪由实时风速所决定的最佳转速，进而捕获更多风能。风力机MPPT控制具有多种实现方法，其中包括在工程实际中被广泛应用的间接转速控制（Indirect speed control, ISC）以及在理论研究中较为常见的直接转速控制（Direct speed control, DSC）。82939

1间接转速控制的研究现状

风力机的间接转速控制为：采集风力机实时的转速信号，根据事先制定好的风力机的功率-转速曲线，从而计算出发电机的电磁功率或转矩控制信号并给定，进而对风机的转速进行调节。因为该控制方法要用到风力机的功率曲线，所以间接转速控制又叫做功率曲线法，也称最优转矩法或者功率信号反馈法。功率曲线法由于不需要获取实时风速信息，以其简单易行且控制效果优秀的优点被广泛应用于工业设计和各容量风力机实际投运中。论文网

虽然功率曲线法是一种目前工业中应用最广泛的控制方法，然而，其仍存在着不足之处。该方法所使用的功率曲线是在静态环境下制定的，但是风机在实际的运行中，由于风速在不断波动且难以预测，并且风机转速的调节速度与风机自身的转动惯量[2]有关，以至于大转动惯量的风力机往往不能运行在最大功率点，无法最大化得利用风能。针对这一问题，减小转矩增益方法（Decrease torque gain，DTG)[3]被提出，该方法通过减小功率曲线法的转矩增益系数，优化风力机的加速性能，提高了实际运行时风力机在复杂风况下的运行效率。另外，因为功率曲线是根据工程参数制定的，难以避免会有一定的误差。DTG方法还能在一定程度上减小因功率曲线的误差造成控制参数不准确的影响。

虽然DTG方法优化了风力机的加速性能，提高了风力机在高风速段的运行效率，但是转矩增益系数的数值设定仍是难题。因为风力机在实际运行中时，由于风力机的结构变形和老化、空气密度的变化和风况条件的变化等影响，转矩增益系数的最佳值难以获得且不断变化。

为了解决这一问题，自适应转矩控制（Adaptive Torque Control，ATC）[4]被提出。ATC方法能够根据风力机的运行情况，实时修改转矩增益系数以适应风力机的多动态变化特性。

虽然，减小转矩增益法和自适应转矩控制法考虑了传统功率曲线法忽略的跟踪动态，通过调整风力机的电磁转矩进而改善风力机的动态性能和风能捕获效率。但是，风速条件的变化会影响转矩调整的最优状态，却很难找到它们之间直接的量化关系，自适应转矩所采用的迭代搜索方法也容易受到风况变化的影响。收缩跟踪区间方法(Reduction of Tracking Range，RTR)[5][6]通过收缩风机转速的跟踪区间缩短最大功率点的跟踪过程，进而提高风能捕获效率。并在此基础上，设计出基于起始转速调整的改进功率曲线法。与基于电磁转矩调整的改进方法相比，它不仅进一步提高了风能捕获效率，且算法简单易行而不易受到风速条件变化的影响。

2直接转速控制的研究现状

直接转速控制为：利用风速计等设备测量风速，然后根据最优叶尖速比计算出最优转速，并根据转速最优值与实际测量值的误差进行转速调节，使之达到最优转速。因此直接转速控制又叫做叶尖速比法。因为叶尖速比法是直接进行转速跟踪，所以与功率曲线法相比叶尖速比法具有动态响应好等优点，但是需要获得实时风速信息来参与计算。

由于实际运行中，风速计测得的风速只是风力机周围一点或者几点的风速，并不能完全反映作用在风轮上的等效风速，并且风速计由于自身惯性的存在也会产生测量误差和延迟，所以采用风速计实际测量风速存在一定的限制，而采用风速估计可以获得较准确的风速信息。风速估计主要由两部分组成：气动转矩的估计和风速估计值的计算。其中，气动转矩的估计有功率平衡估计法(PBE)[7]和卡尔曼滤波法(KF)[8][9]。估计出气动转矩之后再使用牛顿-拉夫逊算法[10]估算出风速。