基于matlab的风力发电机组的建模与仿真

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1、专业资料实验一：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。二、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

2、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：word完美格式专业资料(1-3)t为时间，单位s；T为阵风的周期，单位s；，

3、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。（1）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word完美格式专业资料（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

4、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。word完美格式专业资料（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

5、扭矩）2、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：word完美格式专业资料为风轮转动惯量，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

6、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。word完美格式专业资料发电机反扭矩仿真模块4、所有模块链接四、实验结果与分析：1、风速仿真结果word完美格式专业资料基本风速阵风风速渐变风速随机噪声风速总的风速模型word完美格式专业资料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word完美格式专业资料2、发电机仿真结果U1仿真波形WG仿真波形Te的仿真波形3、风力机组模型

7、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。4、结果分析（1）由上图可知系统输出的功率波形与输入的风速有关，由于系统中存在噪声所以输出地功率存在很大的噪声，风轮机和发电机的输出功率远远大于额定输出功率。（2）输出地角速度在一段时间后趋于稳定状态。角速度没有太大的冲击变化，对硬件机器的损坏很小。word完美格式专业资料（3）功率系数图可以看出，风能利用系数比较低，基本运行在0.35以下，必会造成风能的极大浪费。（4）风轮转速基本一直运行在0.9rad/s以下，而文章的风轮额定转速为19.8r/min，即

8、2.0724rad/s。在此种情况下，风轮转速远远低于额定转速，从而必定导致发电量不足，发电效率低下。五、实验心得通过本次的学习对风机发电机有利一定的了解，风力发电的优势不需要燃料、不占耕地、没有污染，运行成本低。；风力发电产业发展前景非常广阔，为风力发电没有燃