MPPT-最大功率点跟踪
1) 模型路径
TYWindPower.Controllers.WindTurbines.MPPT
2) 图标设计
最大功率点跟踪模型图
3) 功能描述
MPPT（最大功率点跟踪，Maximum Power Point Tracking）是用于风力发电系统中的一种控制策略，其目标是通过调整风力发电机的运行状态，在不同风速条件下时，风电机组始终运行在最大功率输出点。
4) 基本假设
暂无
5) 模型接口
接口 | 变量 | 范围/单位 | 数据维度 | 数据类型 | 描述 |
windSpeed | u | m/s | [1] | Real | 风速输入(m/s) |
pitchAngle | u | rad | [1] | Real | 桨距角输入(rad) |
w_t | u | rad/s | [1] | Real | 风轮转速输入(rad/s) |
w_desire | y | rad/s | [1] | Real | 期望转速输出(rad/s) |
T_desire | y | N.m | [1] | Real | 期望转矩输出(N.m) |
6) 模型参数
tab参数 | group参数 | 参数名称 | 默认值 | 单位 | 参数描述 |
常规 | 参数 | MPPT | TYWindPower.Controllers.WindTurbines.Basics.MPPT_TSR | - | 类型选择 |
桨叶参数 | c | {0.73, 151, 0.58, 0.002, 2.14, 13.2, -18.4, -0.02, 0.003} | - | 多项式系数 | |
Pm_nom | 2e6 | W | 额定功率 | ||
rho | 0.001293 | g/cm3 | 气流密度 | ||
R_t | 40 | m | 叶片半径 | ||
UserDefined | falsed | - | 打开自定义桨叶参数，默认关闭 | ||
lambda_optimal | 1 / ((c[2] / (-c[7]) + c[6]) / c[2] + c[9]) | 1 | 最大风能利用系数的最优叶尖速比,默认值为浆距角beta=0°时满足 | ||
Cp_max | max(0, c[1] * (c[2] / lambda_optimal_i - c[3] * beta - c[4] * beta ^ c[5] - c[6]) * exp(c[7] / lambda_optimal_i)) | 1 | 最大风能利用系数,Cp_max=Cp(lambda_optimal, beta) | ||
w_t_nom | (Pm_nom * 2 * lambda_optimal ^ 3 / (rho * R_t ^ 5 * Modelica.Constants.pi * Cp_max)) ^ (1 / 3) | m/s | 额定转速 | ||
lambda_optimal_i | Utilities.Functions.divNoZero(1, Utilities.Functions.divNoZero(1, lambda_optimal + c[8] * beta) - c[9] / (beta ^ 3 + 1)) | - | 中间变量lambda_optimal_i，用于Cp_max计算 |
7) 模型变量
变量类型 | 变量名称 | 单位 | 类型 | 描述 |
结果变量 | w_desire | rad/s | Real | 期望转速输出(rad/s) |
T_desire | N.m | Real | 期望转矩输出(N.m) |
8) 参数设置
1) MPPT请勿选择“最大功率点跟踪”选项；
2) 可通过参数MPPT选择最大功率点跟踪的控制类型，包括基于叶尖速比控制和基于最优转矩控制；
3) 多项式系数c、额定功率Pm_nom、气流密度rho、叶片半径R_t需与系统中桨叶模型Blade（Cp_Cal为多项式）中的设置保持一致；
4) 当系统中桨叶模型Blade的Cp_Cal选为插值表时，MPPT需选为基于最优转矩控制_插值表或基于叶尖速比控制_插值表；
5) 参数lambda_optimal默认为1 / ((c[2] / (-c[7]) + c[6]) / c[2] + c[9])，这个值仅在浆距角beta=0°时满足，当桨距角变化后将导致该默认值不再为最优叶尖速比；
6) 当多项式系数c已知时，可通过默认公式得到lambda_optimal、Cp_max和w_t_nom，此时可保持UserDefined关闭；
7) 若有需要，可勾选UserDefined进行桨叶参数自定义，包括lambda_optimal、Cp_max和w_t_nom。
9) 模型原理
对于某一固定桨距角
，存在唯一的风能利用系数最大值
，对应一个最佳叶尖速比
；对于任意的尖速比
，桨距角=0°下的风能利用系数
相对最大。桨叶节距角增大，风能利用系数明显减小。
图 1风机特性曲线图
从上图可知，最大风能利用系数与最优叶尖速比和桨距角相关， 一般取值为8-9，可通过打开“UserDefined”进行自定义设置，但一般不建议这个给定，为了能够得到更准确的值，需要按照公式获取：
最终，得到最大风能利用系数计算如下：
式中c1-c9为曲线拟合参数（多项式系数）。
1) 基于叶尖速比控制的MPPT
当风力机运行于最优点，风速和转速的关系为：
额定转速
计算与
相关，得到如下：
其中：
| 风速 |
| 叶片半径 |
| 最大风能利用系数的最优转速 |
| 最大风能利用系数的最优叶尖速比 |
| 额定转速 |
| 期望转速输出 |
| 气流密度 |
| 最大风能利用系数 |
2) 基于最优转矩控制的MPPT
对于特定的风力机，其最佳功率曲线是确定的，最大功率于转速呈三次方正比关系，对应的转矩为：
其中：
| 期望转矩输出 |
| 最优功率曲线系数 |
| 转速 |
|
|
10) 参考文献
[1] 王毅,朱晓荣,赵书强.风力发电系统的建模与仿真,水利电力[M].中国水利水电出版社,2015.