实施方案
[0018] 为使本发明的内容更加清楚，下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。
[0019] 由于直接测试风速很难，因此，本发明提供一种开关磁阻电机风力发电系统的最大风能跟踪方法，该方法关键在于，风轮转速能够跟踪不断变化的风速，为此，所述开关磁阻电机风力发电系统采用开关磁阻发电机与风力机直驱连接方式，将开关磁阻发电机转速工作在风力曲线的最佳转速下，即可获得最大输出功率。一种开关磁阻电机风力发电系统的最大风能跟踪方法是基于发电系统的风力曲线，如图1所示，包括如下步骤：
[0020] 步骤一:采用转速PID控制器调整开关磁阻电机的励磁电流以直接控制开关磁阻电机转速，从而控制发电系统在风速不变的情况下工作在两组不同转速nm和nm+1，其中nm为前一时刻Tm转速，nm+1为后一时刻Tm+1转速；
[0021] 步骤二：连续地实时采集开关磁阻发电机的转速，当开关磁阻电机转速稳定工作在两组不同转速nm和nm+1时，采集不同转速时刻开关磁阻电机的发电电流和发电电压，并计算输出功率pm和pm+1，其中pm为转速nm时刻的输出功率，pm+1为转速为nm+1时刻的输出功率；
[0022] 步骤三：计算后一时刻Tm+1和前一时刻Tm的转速增量Δn＝nm+1-nm，输出功率增量Δp＝pm+1-pm，和转速增量与输出功率增量之比： K是比例系数，K＞0；
[0023] 步骤四：当 大于零时，开关磁阻电机转速越高，输出功率越大，转速PID控制器调整开关磁阻电机的励磁电流以提高转速，直到nl+1＞nl，pl+1≈pl时，判定在恒定风速的情况下风力发电系统的风能利用率最高，保持开关磁阻电机转速nl+1运行；当 小于零时，开关磁阻电机转速越高，输出功率越小，转速PID控制器调整开关磁阻电机的励磁电流以减小转速，直到nl+1＜nl，pl+1≈pl时，判定在恒定风速的情况下风力发电系统的风能利用率最高，保持开关磁阻电机转速nl+1运行；其中，nl为前一时刻Tl转速，nl+1为后一时刻Tl+1转速，pl为转速nl时刻的输出功率，pl+1为转速为nl+1时刻的输出功率，Tl和Tl+1是不同于Tm、Tm+1的两个连续时刻。
[0024] 在风速发生变化时，在上述技术方案的基础上，包括步骤五：当风力发电系统的风能利用率最高，开关磁阻电机保持最佳转速运行时，输出功率突变，判定风速发生变化；只要是风速发生变化，风力发电系统的风能利用率会发生变化，执行步骤一，以重新确定在变化后的风速的情况下，风力发电系统的风能利用率最高时对应的开关磁阻电机最佳转速，在这种情况下，根据风力发电系统的风力曲线，重新搜索跟踪，确认最佳转速，由于需要重新采集初始的两个时刻的转速，计算转速增量和输出功率增量，从而判断如何调整转速，步骤多，算法繁琐，执行时间长，搜索追踪时间长，不利于发电系统的稳定性。
[0025] 因此，本发明改进步骤五，在风速发生变化时，在上述技术方案的基础上，包括步骤五：当风力发电系统的风能利用率最高，开关磁阻电机保持最佳转速运行时，输出功率突变，判定风速发生变化；如果输出功率增大，则判定风速增大，开关磁阻电机转速越高，输出功率越大，转速PID控制器调整开关磁阻电机的励磁电流以提高转速，直到输出功率变化不大时，判定在变化后的风速的情况下风力发电系统的风能利用率最高，保持开关磁阻电机最佳转速运行；如果输出功率减小，则判定风速减小，开关磁阻电机转速越高，输出功率越小，转速PID控制器调整开关磁阻电机的励磁电流以减小转速，直到输出功率变化不大时，判定在变化后的风速的情况下风力发电系统的风能利用率最高，保持开关磁阻电机最佳转速运行。当风速变化时，可快速判断输出功率大幅变化，根据功率变换方向，即可判断风速的变化趋势，并给出转速调整方向，实现快速跟踪，缩短搜素跟踪时间，以进一步提高了发电系统的稳定性。
[0026] 参考图2和图3，图2为所示了恒定风速下的发电系统的风力曲线，图3所示了不同风速下的风力曲线，开关磁阻风力发电系统工作在不同转速下有不同输出功率产生，工作关系如下：
[0027] (1)如图2所示，当开关磁阻电机发电系统转速n2>n1时，输出功率P2>P1，此时开关磁阻电机运转速度越高，输出功率越大，因此，可判断风轮工作在最佳功率点Pmax的左侧，此时，转速PID控制器调整开关磁阻电机的励磁电流以提高转速，下一时刻转速扰动值为向最佳转速点Pmax运行；
[0028] (2)如图2所示，当开关磁阻电机发电系统转速工作在n4>n3状态下，输出功率P3≈P4，此时开关磁阻电机转速变化，输出功率变化不大，因此可判断风轮工作在最佳功率点Pmax的附近，下一时刻转速扰动转速值为 发电系统转速应维持不变；
[0029] (3)如图2所示，当开关磁阻电机发电系统转速n6>n5输出功率P6
[0030] (4)如图3所示，风速出现变化风速由v1升至v2，风速v1时风发电系统工作在最佳功率点P7，根据直接转速控制方案，随着风速的上升发电系统转速保持不变，但发电机输出功率则跳变至P8，既Δn≈0，输出功率上升ΔP＝P8-P7>0，因此可判定风速上升，下一时刻转速扰动转速值为 转速PID控制器调整开关磁阻电机的励磁电流以提高转速，直到输出功率变化不大时，判定在变化后的风速的情况下风力发电系统的风能利用率最高，保持开关磁阻电机最佳转速运行；
[0031] (5)如图3所示，若风速出现变化风速由v2降至v1，风速v2时风力机与发电机工作在最佳功率点P9，根据直接转速控制方案，发电机输出功率则跳变至P10，因此可判定风速下降，下一时刻转速扰动转速值为 转速PID控制器调整开关磁阻电机的励磁电流以减小转速，直到输出功率变化不大时，判定在变化后的风速的情况下风力发电系统的风能利用率最高，保持开关磁阻电机最佳转速运行。
[0032] 图4所示风速13m/s时最大风能搜索跟踪过程中发电机转速、发电功率(即输出功率)、风能利用系数CP的波形图。
[0033] 电机转速由0r/min自然上升到4200r/min，时间0.5s时刻扰动搜索开始，经过0.5s的搜寻完成最大输出功率搜索，电机转速稳定在2100r/min，风能利用系数CP上升到0.48，输出功率稳定在210w左右。
[0034] 图5所示为变风速下最大风能跟踪过程中发电机转速、发电功率(即输出功率)、风能利用系数CP的波形图。风速先后经过两次变化，开关磁阻电机转速与输出功率跟随风速变化，风能利用系数CP快速稳定在0.48。最佳功率点搜索时间小于0.5s。
[0035] 通过稳定和变化风速的分析，基于转速扰动的爬山搜索方案，能快速稳定的搜索到最佳风能利用系数，当风速变化时稳态特性好，不会出现错误判断。
[0036] 应说明的是：上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，对于本技术领域的普通技术人员依然可以对实施例所阐述的技术方案进行修改，而对本发明做出的任何修改和改变也应视为本发明的保护范围。
