基于matlab的风力发电机组的建模与仿真
实验一 ：风力发电机组的建模与仿真 姓名： 学号： 一、实验目标: 1.能够对风力发电机组的系统结构有深入的了解。 2.能熟练的利用MATLAB软件进行模块的搭建以及仿真。 3.对仿真结果进行研究并找出最优控制策略。 2、 实验类容： 对风速模型、风力机模型、传动模型和发电机模型建模，并研究各自控制方法及控制策略；如对风力发电基本系统，包括风速、风轮、传动系统、各种发电机的数学模型进行全面分析，探索风力发电系统各个部风最通用的模型、包括了可供电网分析的各系统的简单数学模型，对各个数学模型，应用 MATLAB 软件进行了仿真。 三、实验原理： 风力发电系统的模型主要包括风速模型、传动系统模型、发电机模型和变桨距模型，下文将从以上几方面进行研究。 1、风速的设计 自然风是风力发电系统能量的来源，其在流动过程中，速度和方向是不断变化的，具有很强的随机性和突变性。本文不考虑风向问题，仅从其变化特点出发，着重描述其随机性和间歇性，认为其时空模型由以下四种成分构成：基本风速、阵风风速 、渐变风速 和噪声风速 。 即模拟风速的模型为： V=+++ (1-1) (1) . 基本风=8m/s 基本风仿真模块 (2) 阵风风速 (1-2) 式中： (1-3) t 为时间，单位 s；T为阵风的周期，单位 s；，为阵风风速，单位m /s；为阵风开始时间，单位 s ；为阵风的最大值，单位 m/s。 本例中，阵风开始时间为 3 秒，阵风终止时间为 9 秒，阵风周期为 6 秒，阵风 最大值为 6m/s。 (3) 渐变风速 渐变风用来描述风速缓慢变化的特点，其具体数学公式如下： (1-4) 式中： (1-5) 为渐变风开始时间，单位 s；为渐变风终止时间，单位 s ；，为不同时刻渐变风风速，单位 m/s；为渐变风的最大值，单位 m/s 。 (4)噪声风速 选择一个随机噪声模块就可以 (5) 风速V =+++ 2、 风力机模型的建立 风力机从自然风中所索取的能量是有限的，其功率损失部分可以解释为留在尾流中的旋转动能。能量的转化将导致功率的下降，它随所采用的风力机和发电机的型式而异，因此，风力机的实际风能利用系数 <0.593。风力机实际得到的有用功率为： (2-1) 而风轮获得的气动扭矩为： (2-2) 其中： 表示有用功率，单位为 w；表示空气密度，单位为 Kg/m；R表示风轮转动半径，单位为 m；表示风速，单位为 m/s；表示风能利用系数；表示气动转矩系数； 并且有： (2-3) (2-4) 称为叶尖速比；为风轮角速度，单位为 rad/s。 (1)的搭建 (2)风力机的搭建(包含风力机实际得到的有用功率，风轮获得的气动扭矩) 3、 传动系统模型的建立: 本实验在分析传动系统机理的基础上，建立系统的刚性轴模型。刚性轴模型认为传动系统是刚性的，即低速轴，增速齿轮箱传动轴，高速轴都是刚性的。忽略风轮和发电机部分的传动阻尼，最后可得传动系统的简化运动方程为： (3-1) 其中： 为风轮转动惯量，单位；n 为传动比；为发电机转动惯量，单位； 为发电机的反转矩，单位。 并且： (3-2) 为发电机转速，单位 rad/s。 传动系统仿真模块 4、发电机模型的建立： 本实验只建立发电机的模型，而忽略变频装置。发电机的反扭矩方程为： (4-1) (4-2) 其中： 为发电机极对数；为相数；为电压；为修正系数;为发电机的当量转速； 为发电机转子转速；为发电机的同步转速；，分别为定子绕组的电阻和漏抗； ，分别为归算后转子绕组的电阻和漏抗，单位为Ω。 发电机反扭矩仿真模块 4、 所有模块链接 4、 实验结果与分析： 1、风速仿真结果 基本风速 阵风风速 渐变风速 随机噪声风速 总的风速模型 2、 风力机仿真结果 仿真波形 的仿真波形 的仿真波形 3、 传动系统仿真结果 的仿真波形 4、 发电机仿真结果 U1仿真波形 WG仿真波形 Te的仿真波形 5、 风力机组模型仿真结果 W的仿真波形 风速、输出功率波形都在上面给出波形了，这里不再给出。 6
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