4.2.5  自适应面积法的优点 40

4.2.6  自适应面积法存在的不足 40

4.3  本章小结 40

结论 42

致谢 44

参考文献 45

附录A  爬山法在风速固定情况下的M函数 47

附录B  爬山法在风速突变情况下的M函数 49

附录C  自适应面积法在风速固定情况下的M函数 51

附录D  自适应面积法在风速突变情况下的M函数 53

1  绪论

1.1  论文主要研究内容

本文首先通过查阅大量国内外期刊、文献，简要概述了风能利用的背景以及风力发电的现状及趋势。风能作为可再生的、无污染的清洁能源，具有良好的发展前景，能够做到缓解我国资源环境的压力。

其次，本文从介绍了风力发电机组的拓扑结构，对风机的主要部件的作用做出了简要的介绍。通过引用贝茨理论，指出风机所能利用的风能是有限的，进而指出跟踪最大功率点的意义。另外，本文还从空气动力学的角度，对风力发电机的输出特性进行分析。利用matlab进行建模，得到了固定风速下的风能利用系数Cp与叶尖速比λ的函数关系，即Cp—λ曲线以及叶尖速比一定的情况下风能利用系数Cp和桨距角β的关系，即Cp—β曲线。论文网

通过进一步研究风力发电机的输出功率和转速的关系，利用matlab进行仿真分析，得到了不同风速下，风力发电机最大功率和转速的函数关系，以及相同风速，不同风机参数下，风机的输出功率与转速的关系，即P—n曲线。同时，也仿真出了当风机参数固定，不同风速下的最大功率曲线，即Pmax—v曲线。这对于风力发电机跟踪最大功率点具有十分重要的意义。

第三，本文概要的介绍了目前的几种最大功率点跟踪控制（MPPT）算法，作为文中研究新算法的参考和借鉴。对传统的最大功率点跟踪控制算法如爬山法、叶尖速比法的原理进行分析，分别利用matlab对其算法进行仿真。得到了当风速固定不变时，两种算法各自的输出特性曲线以及当风速发生突变时，这两种算法各自的输出曲线，即P—t曲线。通过对爬山法输出特性曲线的响应时间和精确度的观察和分析，总结其优缺点。通过对叶尖速比法输出精确度的分析以及风机参数改变的情况下的输出特性分析，总结其优缺点。

第四，本文提出一种新的最大功率点跟踪控制算法—自适应面积法，通过对这种算法的建模、仿真，得到其在风速不变情况下，输出功率曲线和在风速发生突变以及风速不变、风机参数发生变化时的最大功率曲线。

第五，通过仿真图像，将自适应面积法与爬山法在响应时间和精确度上的对比，体现自适应面积法的响应时间短、精确度高的优势。通过仿真图像，将自适应面积法与叶尖速比法进行对比，体现自适应面积法不会受到风机参数改变的影响，在各种状态下都能够快速、准确的跟踪最大功率点的优点。

最后，根据仿真图像对比得到的结果，总结自适应面积法相对于传统算法的优势。指出自适应面积法中还存在的不足之处和需要进一步完善的地方，为后续的研究指明方向。

1.2  风能利用的背景

在当今社会中，世界各国纷纷加快工业化的进程，与此同时，温室效应、环境污染等全球性问题日益加剧，作为各国推进工业化进程的支撑的能源、电力所主要依靠的化石燃料在地球上的消耗越来越快，储量越来越少。常规能源资源面临枯竭的危险，如何去利用现代新能源和可再生能源，从而缓解常规能源的压力，是世界各国都在面临的机遇和挑战。为了保护地球、节约能源，联合国在日本东京和阿根廷布依艾若斯主持召开以降低二氧化碳的排放量为目的的国际环境会议，会议根据各个工业国的实际情况，公布了各个工业化国家二氧化碳等温室气体排放量的降低标准。同时，要求各工业国按照会议达成的协议，做到有计划、分阶段地降低二氧化碳等温室气体的排放量，这也是在全球范围内实现可持续发展的重大战略问题。在这样的背景下，各个工业国家在节能减排的同时，也大力开发并研究新能源技术，特别是清洁能源，以此来改变整个国家的能源格局。这也极大的促使了近20年来可再生新能源技术的显著发展与进步。风能的利用就是在这样的前提和背景下开始发展的。