基于matlab風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) （ 20092009 屆）屆）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真學(xué)院：嘉興學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí)：電氣 091學(xué)號(hào)：*姓名：*指導(dǎo)教師：* 教務(wù)處制 年月日精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)誠(chéng)誠(chéng) 信信 聲聲 明明我聲明，所呈交的論文是本人在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。我承諾，論文中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。 論文作者簽名： 簽名日期： 年 月 日

2、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)授授 權(quán)權(quán) 聲聲 明明 學(xué)校有權(quán)保留送論文交的原件，允許論文被查閱和借閱，學(xué)校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文，學(xué)校必須嚴(yán)格按照授權(quán)對(duì)論文進(jìn)行處理，不得超越授權(quán)對(duì)論文進(jìn)行任意處置。論文作者簽名： 簽名日期： 年 月 日精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真摘摘 要要本篇論文主要介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求和控制策略，在定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)仿真方面作了初步的探究和研究。通過控制系統(tǒng)保持了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定機(jī)組輸出功率和優(yōu)化功率曲線的控制功

3、能。利用控制系統(tǒng)使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不出故障或少出故障，并在出故障之后能夠以最快的速度修復(fù)系統(tǒng)使之恢復(fù)正常工作。本篇論文主要是通過 MATLAB 仿真軟件，建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型以及完整的風(fēng)力發(fā)電樣例系統(tǒng)模型，對(duì)自建的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型的可用性，并且通過單曲線繪圖對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析，并利用多曲線繪圖模塊產(chǎn)生可直接用于研究報(bào)告的模擬結(jié)果圖形。 關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；建模；仿真 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)ModelingModeling andand simulationsimulation ofof thethe windwind

4、 powerpower systemsystemABSTRACTABSTRACTThis paper mainly introduced the basic control requirements and control strategy of wind generating set, the fixed pitch wind turbine control system simulation has made a preliminary exploration and research. Through the control system to keep the safe and rel

5、iable operation of wind turbine, and realizes stable output power generating unit and the optimization of the control function of the power curve. Use control system to make wind power system within the prescribed period of time is not out of order or less out of order, and when failed it will repai

6、r with the quickest speed system to resume normal work.This paper mainly using the MATLAB simulation software, wind power system control model is established and the complete sample wind power generation system model, to build the control model for the simulation analysis, to verify the usability of

7、 the wind power system control model, and carries on the analysis to the simulation result through single curve drawing, and use the curve plotting module generates a graphics can be directly used in the simulation results of the study.Keywords: wind power generation system; Modeling; Simulation精選優(yōu)質(zhì)

8、文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目目 錄錄ABSTRACT精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1 1 緒論緒論1.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究背景和意義風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究背景和意義12工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步與發(fā)展帶來的能源危機(jī)和環(huán)境問題，使得人們把目光轉(zhuǎn)向可在生能源。以煤炭、石油、天然氣、水利和核物質(zhì)為原料的傳統(tǒng)電力開發(fā)給環(huán)境造成了很大的負(fù)擔(dān)，如環(huán)境污染、酸雨、氣候異常、放射性廢物處理、石油泄露等等。而風(fēng)力發(fā)電對(duì)環(huán)境的影響則十分微小，具有顯著的環(huán)境友好特性，是典型的清潔能源。目前，在除水利發(fā)電以外的各種再生能源的開發(fā)中，風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)最具潛力，發(fā)電成本低，并且在技術(shù)上日趨成熟，從而形成一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)

9、，成為電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中相對(duì)增長(zhǎng)速度最快的新能源發(fā)電。因此，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究有著重要的意義。風(fēng)能是一種無污染、可持續(xù)發(fā)展的能源，近年來風(fēng)能的利用越來越受到人類的重視。風(fēng)力發(fā)電作為一種風(fēng)能的主要利用形式正以前所未有的速度發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源發(fā)電的比例正逐步上升，并在電力系統(tǒng)受越來越受到歡迎和重視3。近十年來，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到了飛速的發(fā)展和越來越廣泛的應(yīng)用。要進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究，傳統(tǒng)的方法是將發(fā)電機(jī)與風(fēng)輪機(jī)相連，在現(xiàn)場(chǎng)做實(shí)驗(yàn)，但是這樣做成本較高并且可能影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行。仿真建模技術(shù)由于不受上述條件的限制，投入低，見效快，因而在風(fēng)力發(fā)電的研究領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，極大地豐富了風(fēng)力

10、發(fā)電的研究手段4隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展和對(duì)供電的需求，利用新能源發(fā)電日益受到人們的關(guān)注，風(fēng)能資源是清潔的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電是新能源中技術(shù)最成熟、最具開發(fā)規(guī)模條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。本次選題正是了解到發(fā)電系統(tǒng)的新趨勢(shì)和國(guó)家節(jié)能減排的計(jì)劃，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究產(chǎn)生了濃厚的興趣。為了對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的流程深入學(xué)習(xí)，熟悉一些建模仿真的實(shí)現(xiàn)方法，掌握一種仿真軟件并且較好的應(yīng)用，所以選擇了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真這個(gè)題目。 風(fēng)力發(fā)電是清潔的、無污染可再生能源，它具有明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，煤、石油、天然氣等常規(guī)資源并不是取之不盡用之不竭的，必須考慮開發(fā)新能源，而風(fēng)能資源能夠完美的體現(xiàn)它的價(jià)值，必將受到人

11、們的重視；第二風(fēng)力發(fā)電不像火力發(fā)電等其他常規(guī)發(fā)電方式，它清潔無污染，不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，對(duì)環(huán)境無污染；第三風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行成本低且可以大規(guī)模建設(shè)，提高發(fā)電效率。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1.21.2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概況國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概況4561.2.11.2.1 世界風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r世界風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r風(fēng)力發(fā)電于 1890 年起源于丹麥，1891 年丹麥建成了世界上第一座風(fēng)力發(fā)電站，從此之后風(fēng)力發(fā)電便開始迅速發(fā)展壯大起來，之后經(jīng)過幾個(gè)重要的發(fā)展階段。第一階段：二戰(zhàn)前后，隨著能源能源需求的增大，很多國(guó)家陸續(xù)開始將注意力集中在風(fēng)力發(fā)電上。1941 年美國(guó)研制生產(chǎn)了一臺(tái) 1

12、250KW 的所謂的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，當(dāng)時(shí)還處于初級(jí)研制階段而且技術(shù)復(fù)雜。因此這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仍處于科研階段，無法在現(xiàn)實(shí)中投產(chǎn)生產(chǎn)。 第二階段：70 年代初期，世界上相繼爆發(fā)的幾次能源危機(jī)很大地促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。此時(shí)，丹麥己研制出“55 一 630KW”的系列化風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 第三階段：出現(xiàn)在 80 年代，西方各國(guó)如德國(guó)、美國(guó)等國(guó)家開展節(jié)能計(jì)劃，加上各國(guó)的鼓勵(lì)政策，如對(duì)風(fēng)電經(jīng)行減少稅費(fèi)，對(duì)風(fēng)電經(jīng)行投資支持等促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。第四階段：到了 90 年代，隨著全球能源環(huán)境問題加劇，人們的畫報(bào)意識(shí)增強(qiáng)，在這種呼聲下，各國(guó)更加注重發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，在科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的強(qiáng)有力的推動(dòng)下，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展前景

13、令人矚目。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研發(fā)和生產(chǎn)以歐洲國(guó)家為主，如丹麥、德國(guó)、美國(guó)等。其中丹麥的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展最早技術(shù)也較為成熟，德國(guó)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展最快且發(fā)電量最大。印度的風(fēng)力發(fā)電令人矚目，是發(fā)展中國(guó)家中發(fā)展最快的國(guó)家。到 2003 年底風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量居前五位的國(guó)家依次是：德國(guó) （14612MW） 、西班牙（6420MW） 、美國(guó)（6361MW） 、丹麥（3076MW）和印度（2120MW） 。未來國(guó)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展有幾個(gè)明顯的趨勢(shì)：一是發(fā)展海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，我們都知道海上風(fēng)能資源豐富，丹麥、德國(guó)等北海岸國(guó)家擁有豐富的海上風(fēng)能資源，也在積極發(fā)展海上風(fēng)力發(fā)電；二是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向大型化發(fā)展，90 年代，

14、千瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在歐洲廣泛推廣使用，在發(fā)達(dá)國(guó)家，兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)品以初具規(guī)模，并呈穩(wěn)步發(fā)展的勢(shì)頭；三是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)制造技術(shù)不斷成熟，可大大提高風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電效率，同時(shí)也能降低發(fā)電成本。今后應(yīng)該將研發(fā)工作的重點(diǎn)放在如何在風(fēng)速變化的情況下確保電網(wǎng)的穩(wěn)定性。1.2.21.2.2 中國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r中國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r3636風(fēng)力發(fā)電在新能源發(fā)電技術(shù)中發(fā)展較為成熟，規(guī)模較大而且具有很好的發(fā)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)展前景，目前其發(fā)電成本已與其他常規(guī)發(fā)電方式相接近。中國(guó)的風(fēng)能資源十分豐富。目前，我國(guó)主要使用國(guó)外生產(chǎn)的并網(wǎng)型風(fēng)機(jī)，裝機(jī)投產(chǎn)的大型風(fēng)機(jī)也多位國(guó)外生產(chǎn)。在風(fēng)機(jī)生

15、產(chǎn)和研發(fā)方面，我國(guó)生產(chǎn)的風(fēng)電機(jī)組最大功率為 750 千瓦，正在積極研發(fā)兆瓦級(jí)的放電設(shè)備。相信在不久的將來，兆瓦級(jí)的風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)成功和推廣應(yīng)用，中國(guó)的風(fēng)電發(fā)展將取得突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。我國(guó)有著豐富的風(fēng)能資源，陸上的可開發(fā)風(fēng)能有 2.5 億千瓦左右，海上風(fēng)能資源有 10 億左右。幾年來我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，裝機(jī)容量屢創(chuàng)新高，2009年我國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量 1380.3 萬千瓦，增速超 100%，增長(zhǎng)速度最快。截止2010 年底我國(guó)風(fēng)電新增容量達(dá) 1600 萬千瓦，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到 4182.7 萬千瓦。具中國(guó)風(fēng)電協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2012 年，中國(guó)（不包括臺(tái)灣地區(qū)）新增安裝風(fēng)電機(jī)組 7872 臺(tái)，裝機(jī)容量

16、12960MW，同比下降 26.5%；累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組53764 臺(tái)，裝機(jī)容量 75324.2MW，同比增長(zhǎng) 20.8%。 2001-2012 年中國(guó)新增及累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 2006-2012 年中國(guó)各區(qū)域累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量1.31.3 本論文的主要工作本論文的主要工作在學(xué)習(xí)和掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求和控制策略前提下,對(duì)定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)仿真方面作初步的探究和研究。以使學(xué)生對(duì)大學(xué)所學(xué)的電氣系統(tǒng)知識(shí)、自動(dòng)化知識(shí)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)知識(shí)綜合運(yùn)用于解決工程實(shí)踐問題的能力進(jìn)行有效的工程訓(xùn)練。1.3.11.3.1 課題的研究?jī)?nèi)容和基本要求課題的研

17、究?jī)?nèi)容和基本要求789789主要是通過 MATLAB 仿真軟件，建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型以及完整的風(fēng)力發(fā)電樣例系統(tǒng)模型，對(duì)自建的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型的可用性，并且通過單曲線繪圖對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析，并利用多曲線繪圖模塊產(chǎn)生可直接用于研究報(bào)告的模擬結(jié)果圖形。以便通過控制系統(tǒng)保持了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定機(jī)組輸出功率和優(yōu)化功率曲線的控制功能。1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理a)了解風(fēng)力發(fā)電的基本原理，以及當(dāng)前的發(fā)展及應(yīng)用情況。b) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成等。2風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)模型的建立。a) 結(jié)合控制系統(tǒng)工作原理，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略。b) 利用軟件建

18、模。c) 仿真，特例舉例。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1.3.21.3.2 研究方法步驟研究方法步驟本設(shè)計(jì)是以我們學(xué)?，F(xiàn)有的 5KW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)為原形進(jìn)行的建模與仿真。具體方法步驟如下：第一步：大量查閱國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)資料，了解風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和最新動(dòng)態(tài)。第二步：確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型，主要有風(fēng)速模型，風(fēng)力發(fā)電機(jī)氣動(dòng)性能模型，傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型和感應(yīng)電機(jī)模型。第三步：學(xué)習(xí) MATLAB 使用方法，研究 MATLAB 仿真建模的相關(guān)理論并使用其建模和仿真。第四步：利用 MATLAB 仿真軟件搭建仿真模塊準(zhǔn)備仿真。第五步：對(duì)風(fēng)力模型進(jìn)行仿真并分析仿真結(jié)果。精選優(yōu)質(zhì)文檔-

19、傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2 2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理2.12.1 風(fēng)力發(fā)電的基本原理風(fēng)力發(fā)電的基本原理10111011風(fēng)力發(fā)電的原理是利用風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)車葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后機(jī)械能帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電。 發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)風(fēng)風(fēng)齒齒輪輪箱箱葉葉片片 圖 2-1 風(fēng)力發(fā)電原理圖風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要包含三部分風(fēng)輪、機(jī)艙和塔桿。大型與電網(wǎng)接駁的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最常見的結(jié)構(gòu)，是橫軸式三葉片風(fēng)輪，并安裝在直立管狀塔桿上。風(fēng)輪葉片由復(fù)合材料制造。不像小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，大型風(fēng)電機(jī)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)慢。比較簡(jiǎn)單 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是采用固定速度的。通常采用兩個(gè)不同的速度-在弱風(fēng)下用低速和在強(qiáng)風(fēng)下 用 高速

20、。這些定速風(fēng)電機(jī)的感應(yīng)式異步發(fā)電機(jī)能夠直接發(fā)產(chǎn)生電網(wǎng)頻率的交流電。比較新型的設(shè)計(jì)一般是可變速的（比如 Vestas 公司的 V52-850 千瓦風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為每分鐘 14 轉(zhuǎn)到每分鐘 31.4 轉(zhuǎn)） 。利用可變速操作，風(fēng)輪的空氣動(dòng)力效率可以得到改善，從而提取更多 的能量，而且在弱風(fēng)情況下噪音更低。因此，變速的風(fēng)電機(jī)設(shè)計(jì)比起定速風(fēng)電機(jī)，越來越受 歡迎 。機(jī)艙上安裝的感測(cè)器探測(cè)風(fēng)向，透過轉(zhuǎn)向機(jī)械裝置令機(jī)艙和風(fēng)輪自動(dòng)轉(zhuǎn)向，面向來風(fēng)。風(fēng)輪 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過齒輪變速箱傳送到機(jī)艙內(nèi)的發(fā)電機(jī)（如果沒有齒輪變速箱則直接傳送到發(fā) 電機(jī)） 。在風(fēng)電工業(yè)中，配有變速箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是很普遍的。不過，為風(fēng)電機(jī)而設(shè)計(jì)的多極直

21、接驅(qū)動(dòng)式發(fā)電機(jī)，也有顯著的發(fā)展。設(shè)與塔底的變壓器（或者有些設(shè)於與機(jī)艙內(nèi)）可提升發(fā)電機(jī)的電壓到配電網(wǎng)電壓（香港的情 況為 11 千伏） 。所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率輸出是隨著風(fēng)力而變的。強(qiáng)風(fēng)下最常見的兩種限制功率輸出的方法（從而限制風(fēng)輪所承受壓力） 是失速調(diào)節(jié)和斜角調(diào)節(jié)。 使用失速調(diào)節(jié)的風(fēng)電機(jī)，超過額定 風(fēng)速的強(qiáng)風(fēng)會(huì)導(dǎo)致通過葉片的氣流產(chǎn)生擾流，令精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)風(fēng)輪失速。當(dāng)風(fēng)力過強(qiáng)時(shí)，葉片尾部制動(dòng)裝 置會(huì)動(dòng)作，令風(fēng)輪剎車。使用斜角調(diào)節(jié)的風(fēng)電機(jī)，每片葉片能夠以縱向?yàn)檩S而旋轉(zhuǎn)，葉片角 度隨著風(fēng)速不同而轉(zhuǎn)變，從而改變風(fēng)輪的空氣動(dòng)力性能。當(dāng)風(fēng)力過強(qiáng)時(shí)，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)至迎氣邊 緣面向來風(fēng)，從

22、而令風(fēng)輪剎車。2.22.2 風(fēng)輪機(jī)理論風(fēng)輪機(jī)理論風(fēng)輪是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的重要部件，它由兩只(或更多只)螺旋槳形的葉輪組成。當(dāng)風(fēng)吹向漿葉時(shí)，槳葉上產(chǎn)生氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)輪機(jī)又稱為風(fēng)車，是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、電能或熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置。風(fēng)輪機(jī)的類型很多通常將其分為水平軸風(fēng)輪機(jī)垂直軸風(fēng)輪機(jī)和特殊風(fēng)輪機(jī)三大類。但應(yīng)用最廣的還是前兩種類型的風(fēng)輪機(jī)。2.32.3 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)11121112風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是由風(fēng)輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、控制與安全系統(tǒng)、機(jī)艙、塔架和基礎(chǔ)等組成。該機(jī)組通過風(fēng)力推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，再通過傳動(dòng)系統(tǒng)增速來達(dá)到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速后來

23、驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，有效的將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-2。1、葉片 2、變漿軸承 3、主軸 4、機(jī)艙吊 5、齒輪箱 6、高速軸制動(dòng)器 7、發(fā)電機(jī) 8、軸流風(fēng)機(jī) 9、機(jī)座 10、滑環(huán) 11、偏航軸承 12、偏航驅(qū)動(dòng) 13、輪轂系統(tǒng) 圖 2-2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2.42.4 定漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組114114風(fēng)力機(jī)的功率調(diào)節(jié)完全依靠葉片的氣動(dòng)性能，稱為定漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：槳葉與輪轂的連接是固定的，即當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。風(fēng)力機(jī)獲得的功率隨風(fēng)速不停的變化。發(fā)電機(jī)發(fā)電

24、機(jī)工作與同步轉(zhuǎn)速附近，而風(fēng)電機(jī)組一般工作在小于額定風(fēng)速時(shí)風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)換效率 Cp 的最佳區(qū)段。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，為了確保發(fā)電機(jī)輸出功率恒定， 必須通過葉片失速來降低 Cp，來維持功率恒定。定漿距發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)正常工作滑差小于 1%，允許的滑差范圍一般小于 5%，但是風(fēng)速變化范圍卻很大。圖 2-3 為風(fēng)輪機(jī)的典型 Cp 特性曲線。 圖 2-3 關(guān)系曲線),(PC從上圖關(guān)系來看，大功率的發(fā)電機(jī)工作在高風(fēng)速區(qū)段，小功率發(fā)電機(jī)工作再低風(fēng)速區(qū)段，通過這種方法來調(diào)整葉尖速比 ，實(shí)現(xiàn)機(jī)組在 Cp 最大下工作。所以定漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的漿距角 設(shè)定為 0 度。2.52.5 永磁同步發(fā)電機(jī)基本原理永磁同步發(fā)電

25、機(jī)基本原理13132.5.12.5.1 同步電機(jī)基礎(chǔ)同步電機(jī)基礎(chǔ) 同步電機(jī)是另一種交流電機(jī)。同步電機(jī)的特點(diǎn)是在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，它的轉(zhuǎn)速n 與定子電流的頻率有著嚴(yán)格不變的關(guān)系，即1f Pfnn1060式中 同步轉(zhuǎn)速。0n因此而命名為“同步電機(jī)” 。異步電動(dòng)機(jī)中，不存在這種關(guān)系，在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)其轉(zhuǎn)速 n 與定子電流的頻率必須是1f Pfnn1060即異步運(yùn)行。這種機(jī)理上的差異是由兩者轉(zhuǎn)子中的電流中的性質(zhì)不同所導(dǎo)致的。異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 n，轉(zhuǎn)子電流頻率，轉(zhuǎn)差率為12sff ，如，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相等，則，00/ )(nnns0nn

26、0s轉(zhuǎn)子電流頻率，這意味著轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的電流是直流電流。如果改變異步02f電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，使它成為用直流電流勵(lì)磁，且可以轉(zhuǎn)動(dòng)的電磁鐵，這樣的交流電機(jī)便是同步電機(jī)。同步電機(jī)可以作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。至今，主要作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，目前全世界的發(fā)電量幾乎全部由同步發(fā)電機(jī)發(fā)出。同步電動(dòng)機(jī)在靜止的變頻電源未經(jīng)開發(fā)前，雖有功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，因其轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié)，其用途受到限制。隨著電力電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，靜止的變頻裝置和整流裝置的應(yīng)運(yùn)而生，同步電機(jī)便別開了生面，特別是新型永磁材料的問世，同步電機(jī)采用永磁材料勵(lì)磁，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮功率因數(shù)高、高效節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，便日益擴(kuò)大了應(yīng)用的場(chǎng)合，成為控制系統(tǒng)

27、中的一顆新星。2.5.2 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)同步電機(jī)也是由靜止的定子和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子兩個(gè)基本部分組成。（1）定子同步電機(jī)定子這個(gè)結(jié)構(gòu)部件和異步電機(jī)一樣，起著輸入或輸出電功率，并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用，其結(jié)構(gòu)形式與異步電機(jī)并無多大區(qū)別，也是由導(dǎo)磁的定子鐵心和導(dǎo)電的三相繞組以及固定鐵心用的機(jī)座和端蓋等部件所組成。（2）轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是有明顯磁極的稱為凸極式，如圖所示，另一種是轉(zhuǎn)子為一個(gè)圓柱體，表面上開著槽，并無明顯磁極的，則稱為隱極式，如圖 2-4 所示。同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子制成凸極式或隱極式的都有，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子一般都制成凸極式。凸極式同步電動(dòng)機(jī)的磁極鐵心和直流電

28、機(jī)一樣，由鋼板沖成沖片后疊壓而成，磁極上套有勵(lì)磁繞組，固定在磁軛上。目前，小型凸極式同步發(fā)電機(jī)中，一出現(xiàn)整體機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，即由鋼板沖成極身、極靴與磁軛連成整體的沖片疊壓起來，然后纏繞勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組用絕緣的銅線繞成，與極身之間有絕緣。各磁極上的勵(lì)磁繞組間的聯(lián)接，必須注意到通過勵(lì)磁電流以后相鄰磁極的極性呈 N 與 S 交替排列。勵(lì)磁繞組兩個(gè)出現(xiàn)端接到兩個(gè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)集電環(huán)上，通過與集電環(huán)相接觸的靜止電刷向外引出。另外，在極靴上還裝有籠型繞組，這種籠型繞組稱為阻尼繞組，因?yàn)樵谕诫姍C(jī)非同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，他起著阻尼作用。整個(gè)轉(zhuǎn)子由磁極、磁軛、勵(lì)磁繞組、轉(zhuǎn)子支架（大型同步電

29、機(jī)有） 、軸以及集電環(huán)等部件組成。 （a）凸極式 b）隱極式 1定子 2凸極轉(zhuǎn)子 3隱極轉(zhuǎn)子 4集電環(huán) 圖 2-4 旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2.5.32.5.3 同步電機(jī)的工作原理同步電機(jī)的工作原理同步電機(jī)的工作原理也基于電磁感應(yīng)定律。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的直流電流勵(lì)磁的轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)，定子上靜止開路的三相繞組（也稱電樞0n繞組） ，與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上的磁極在空隙中所建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，定子繞組磁鏈發(fā)生變化，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，定子繞組內(nèi)由此感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（稱為0E勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)）見圖 2-5。改變勵(lì)磁電流的大小可相應(yīng)的改變勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的fI0E大小。此時(shí)同步電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行而呈空載狀態(tài)。在

30、同步轉(zhuǎn)速下，勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)與勵(lì)磁電流的關(guān)系，稱為發(fā)電機(jī)的空載特性，其意義、性質(zhì)以及測(cè)取方法0EfI和直流發(fā)電機(jī)的一樣。同步電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，其端電壓。當(dāng)定子繞組接上對(duì)稱負(fù)載，同步00EU 發(fā)電機(jī)就處于負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)原動(dòng)機(jī)向發(fā)電機(jī)輸入機(jī)械功率，發(fā)電機(jī)從定子繞組輸出電功率，經(jīng)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。這就是三相同步發(fā)電機(jī)的工作原理。 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) （a）同步發(fā)電機(jī)示意圖 （b）三相電動(dòng)勢(shì)向量圖 圖 2-5 同步發(fā)電機(jī)工作原理示意圖同步電機(jī)和其他類型的電機(jī)一樣，也遵循可逆原理，可按發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行，也可按電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行。當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)同步電機(jī)并勵(lì)磁時(shí)，電機(jī)從原動(dòng)機(jī)輸入機(jī)械功率，向電網(wǎng)輸

31、出電功率，為發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式。當(dāng)同步電機(jī)接入電網(wǎng)并勵(lì)磁，拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載時(shí)，從電網(wǎng)輸入電功率，在軸上輸出機(jī)械功率，為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3 3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模151617183.13.1 風(fēng)速模型風(fēng)速模型由于風(fēng)速具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，這里風(fēng)速模型采用四分量疊加法的風(fēng)速模型 ：trgbvvvvv，包括：基本風(fēng)，陣風(fēng)，漸變風(fēng)，隨即風(fēng)15。（1）基本風(fēng)：基本風(fēng)可以由風(fēng)電場(chǎng)測(cè)量所得的威布爾分布參數(shù)近似確定 )11(kAvb （3-1） 尺度參數(shù) A 和形狀參數(shù) k 可根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)估算。在實(shí)際與仿真時(shí)我們近似認(rèn)為是一個(gè)不隨時(shí)間變化的分量，

32、也就是取bv為一個(gè)常數(shù)。bv bv)/(smVst /圖 3-1 基本風(fēng)風(fēng)速變化曲線此模塊使用“constant”模塊，即，基本風(fēng)速設(shè)置為 3m/s。（2）陣風(fēng)：描述風(fēng)速突然變化的特性，通常用來分析風(fēng)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響 gggggTTtTTtTTTtvTtv1111max1,0,)2cos(12,0 （3-2）式中，為陣風(fēng)風(fēng)速，單位 m/s；為陣風(fēng)峰值，單位 m/s；T1 為陣風(fēng)gvmaxgv開始時(shí)間，單位 s；為陣風(fēng)周期，單位 s；t 為時(shí)間，單位 s。gT精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)陣風(fēng)風(fēng)速隨時(shí)間變化曲線如圖 3-2 maxgV)/(smV1TgTT 1st / 圖

33、3-2 陣風(fēng)風(fēng)速隨時(shí)間變化曲線陣風(fēng)模型如下圖 3-3 所示1Out1t2t1t6VgmaxcosTrigonometricFunction0.05Tg0.08T1+Tg0.03T1Switch3Switch2Scope2Scope1Product3Product1Product ofElements21/2Gain1-K-Gain0Constant181Constant140Constant1Add3Add2 圖 3-3 陣風(fēng)模型參數(shù)設(shè)置：設(shè)置為 6m/s，T1 設(shè)置為 0.03s,設(shè)置為 0.05s。maxgvgT（3）漸變風(fēng)： 描述風(fēng)速漸變的特性 （3-3）TTtTvTtTTTTtvTTt

34、Ttvrrrrrrrrrrrr22max21121max21,0 式中，為漸變風(fēng)風(fēng)速，單位 m/s，為漸變風(fēng)峰值，單位 m/s；T 為rvmaxrv漸變風(fēng)持續(xù)時(shí)間，單位 s；Tr1 為漸變風(fēng)啟動(dòng)時(shí)間，單位 s；Tr2 為漸變風(fēng)結(jié)束時(shí)間，單位 s。漸變風(fēng)隨時(shí)間變化曲線如圖 3-4 所示精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 1rT2rTTrT2maxrV)/(smVst/ 圖 3-4 漸變風(fēng)隨時(shí)間變化曲線漸變風(fēng)風(fēng)速模型如下圖 3-5 所示1Out16Vrmax16Vrmax0.06Tr20.04Tr1Switch1SwitchScope1Ramp2Ramp1RampProduct2Produ

35、ct ofElements10Constant6Add1Add 圖 3-5 漸變風(fēng)風(fēng)速模型參數(shù)設(shè)置：設(shè)置為 6m/s，Tr1 設(shè)置為 0.04s，Tr2 設(shè)置為 0.04s。maxrv（4） 隨機(jī)風(fēng)：描述在特定高度上風(fēng)速變化的隨機(jī)特性 （3-4）)cos()1 , 1(maxVVandomttRvv 式中，為隨機(jī)風(fēng)的風(fēng)速，單位m/s；為隨機(jī)風(fēng)的最大值，單位tvmaxtvm/s；為-1和1之間均勻分布的隨機(jī)變量；為風(fēng)速波動(dòng)的平均距離，單andomRV位rad/s；為間服從均勻概率分布的隨機(jī)量。 此模型使用MATLAB的V20“Random number” 模型，即： 。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上

36、專心-專注-專業(yè)風(fēng)速綜合模型如下圖 3-6 所示 1wind-speed11bzseOut1VrOut1VgScope5Scope4Scope3Scope2ScopeRandomNumberAdd4 圖 3-6 風(fēng)速綜合模型 3.23.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組氣動(dòng)性能模型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組氣動(dòng)性能模型一臺(tái)風(fēng)輪半徑為 R 的風(fēng)輪機(jī)，在風(fēng)速為 v 時(shí)，所產(chǎn)生的機(jī)械功率為：32),(21vCRPpm （3-5）其中 為葉尖速比， 表達(dá)式為：vR機(jī)械轉(zhuǎn)矩為：23),(21vCRPTpmm， （3-6）式中， 為空氣密度，通常情況下，即 20 攝氏度時(shí)，取 1.205kg/m3；v 為通過風(fēng)力機(jī)葉片的風(fēng)速；為葉片旋轉(zhuǎn)

37、角速度，現(xiàn)代定速風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 1520r/min，本文中取 20r/min；Cp（，）為風(fēng)輪機(jī)的功率系數(shù)；Cp 與葉尖速比 和葉片漿距角 有關(guān)，關(guān)系式如下1： （3-7）/255.02022.05.0ffprCerCC式中，Cf為葉片設(shè)計(jì)常數(shù)，本文中取值為 3，r 取 12. 根據(jù)不同的 、 取值，可得到 Cp 曲線如圖所示，從圖中可以看出，對(duì)于精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)某一確定的漿距角 ，Cp 有一極大值存在，也就是說，當(dāng)風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行時(shí)不能保證在所有的風(fēng)速下都能產(chǎn)生最大的功率輸出。Cp 的理論最大值為 0.593，這就是著名的 Betz 極限。 圖 3-7 關(guān)系曲線)

38、,(PCCp 的模型如下圖 3-8 所示：1CpProduct ofElements1Product ofElementsProducteuMathFunction0.5Gain336Gain2-K-Gain1-K-GainAdd1Add2 2beta1lamda 圖 3-8 Cp 仿真模型風(fēng)力機(jī)仿真模型如下圖 3-9 所示：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2Tm1Pm0betalamdabetaCpSubsystemScopeSaturation2Saturation1SaturationProduct1Product ofElementsProduct1Gain13.14Gain

39、u*uFcn1u*u*uFcnDivide0.5Constant12.8Constant1.025Air density 2w1wind speed3.33.3 傳動(dòng)齒輪模型傳動(dòng)齒輪模型 風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是把原動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部分所需的機(jī)械動(dòng)作，即把風(fēng)通過風(fēng)力機(jī)所產(chǎn)生的氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩變?yōu)榘l(fā)電機(jī)側(cè)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。因此傳動(dòng)系統(tǒng)是能量傳輸?shù)募~帶，同時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)取決于驅(qū)動(dòng)力及阻力的特性。風(fēng)輪機(jī)傳動(dòng)齒輪示意圖如圖 3-10 所示，忽略轉(zhuǎn)軸的倔強(qiáng)系數(shù)、阻尼因數(shù)，通過力學(xué)分析，可知風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)軸到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的機(jī)械傳動(dòng)部分的數(shù)學(xué)方程為： （3-8）dtdJTTtwtlswt （3-9）hsglsTKT

40、 、分別為風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)械轉(zhuǎn)速；、分別為經(jīng)過傳動(dòng)齒wtJlsThsT輪低速軸和高速軸上的機(jī)械轉(zhuǎn)矩；為齒輪箱的變比。gK 圖 3-9 風(fēng)力機(jī)仿真模型精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)twtTlsThsT1:gK傳傳動(dòng)動(dòng)齒齒輪輪發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)m風(fēng)風(fēng)輪輪機(jī)機(jī) 圖 3-10 風(fēng)輪機(jī)傳動(dòng)齒輪示意圖傳功齒輪模型如下圖 3-11 所示： 2Ths1Tls1Jwtdu/dtDerivativeAdd11/Kg2omiga-t1Twt 圖 3-11 傳動(dòng)齒輪模型3.43.4 三相同步發(fā)電機(jī)模型三相同步發(fā)電機(jī)模型 傳動(dòng)模型氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Ta 和電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 Te 變化時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子將加速或減速運(yùn)行

41、，對(duì)于直驅(qū)型永磁同步發(fā)電機(jī)，假定轉(zhuǎn)子與電機(jī)之間為剛性連接，則傳動(dòng)模型可由式（3-10）表示 （3-10）elaeqTTTdtdJm 式中：為傳動(dòng)損失，=，為轉(zhuǎn)動(dòng)粘滯系數(shù)，是機(jī)組等lTlTmmB mBeqJ效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，本文中所研究的直驅(qū)型永磁同步發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為式（3-11） （3-11）greqJJJ式中和分別為風(fēng)輪機(jī)和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 rJgJ精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 感應(yīng)電機(jī)模型本系統(tǒng)中采用的是永磁同步發(fā)電機(jī)，主要分析永磁同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，基于qd旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸建立起數(shù)學(xué)模型如下： （3-12）qmpdmpqdqqqqqqmpdqdddddLninLLLRiLudtd

42、iinLLLRiLudtdi_ 式中：和分別為發(fā)電機(jī)的 d 軸和 q 軸電流；和分別為發(fā)電機(jī)的 ddiqidLqL軸和 q 軸電感；和分別為電壓源 d 軸和 q 軸分量；R 為定子電阻；為duqum轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度；為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)；為永磁體磁鏈。pnPMSM 的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為： （3-13）)(5.1dqdqpeiLLinT以上兩個(gè)模型集成與 PMSM 模塊中，即。永磁同步發(fā)電機(jī)模型如下圖 3-12 所示：TmABCABCThree-PhaseSeries RLC BranchScope9Scope8Scope12Scope11Scope10TmmABCPermanent MagnetS

43、ynchronous Machinemis_abcvs_qdwmthetamTeMachinesMeasurementDemux11 為風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的軸機(jī)械轉(zhuǎn)矩，為定子三相電流，為轉(zhuǎn)子角速度，mTabcis_m為電磁轉(zhuǎn)矩。eT圖 3-12 永磁同步發(fā)電機(jī)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3.53.5 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體建模風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體建模將以上建立的各個(gè)子模塊封裝并按照預(yù)先設(shè)計(jì)方案經(jīng)行連接，搭建整個(gè)自建的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。在 Simulink 下搭建的系統(tǒng)仿真模塊如圖 3-13 所示。4Tsh3Tsl2Tm1PmOut1Subsystem3In1TslTshSubsystem2In1PmO

44、ut2Subsystem1In1Out1SubsystemScope9Scope8Scope7Scope2Scope12Scope11Scope10mis_abcvs_qdwmthetamTeMachinesMeasurementDemux1-1Gain4傳傳動(dòng)動(dòng)齒齒輪輪模模型型永永磁磁同同步步發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)模模型型風(fēng)風(fēng)速速模模型型風(fēng)風(fēng)力力機(jī)機(jī)模模型型風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)額定風(fēng)速為 9.5m/s，永磁同步電動(dòng)機(jī)失速轉(zhuǎn)矩為-175Nm，額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。在不影響仿真效果的情況下，系統(tǒng)的仿真時(shí)間設(shè)置為 0.1秒。圖 3-13 風(fēng)電系統(tǒng)仿真模型精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4 風(fēng)力發(fā)

45、電系統(tǒng)的仿真分析風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的仿真分析為有效仿真系統(tǒng)各部分的特性，在模型中設(shè)置基本風(fēng)速為 3m/s，陣風(fēng)峰值為 6m/s，漸變風(fēng)最大值為 6m/s，隨機(jī)風(fēng)最大最小值分別為 2.5m/s 和 0m/s。風(fēng)速仿真效果如下圖。 圖 4-1 基本風(fēng)風(fēng)速圖 圖 4-2 隨即風(fēng)風(fēng)速圖 圖 4-3 漸變風(fēng)風(fēng)速圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 圖 4-4 陣風(fēng)風(fēng)速圖 圖 4-5 綜合風(fēng)速圖 圖 4-1 是基本風(fēng)風(fēng)速仿真圖，基本風(fēng)風(fēng)速為 3m/s，圖 4-2 是隨即風(fēng)風(fēng)速仿真圖，考慮到風(fēng)電機(jī)會(huì)隨風(fēng)向改變，所以最小風(fēng)速為 0m/s,最大風(fēng)速為 2.5m/s，圖 4-3 是漸變風(fēng)風(fēng)速仿真圖，其 0.04

46、s0.06s 作用，保持 0.02s，醉倒風(fēng)速為6m/s,圖 4-4 是典型陣風(fēng)風(fēng)速仿真圖，該陣風(fēng) 0.025s0.08s 作用，最大風(fēng)速為6m/s。圖 4-5 是前面四種風(fēng)速疊加仿真圖。 （a）風(fēng)速變化精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)（b） 風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械功率（c）齒輪箱高速軸輸出轉(zhuǎn)矩（d）三相輸出電流 （e） 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度變化曲線精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)（f）發(fā)電機(jī)電磁功率變化曲線圖 4-6 綜合風(fēng)速影響下風(fēng)電機(jī)組單數(shù)變化曲線在綜合風(fēng)速影響下，風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，發(fā)電機(jī)個(gè)參數(shù)隨風(fēng)速變化曲線如圖 4-6，圖（a）是風(fēng)速綜合仿真圖，由于風(fēng)力機(jī)最大額

47、定風(fēng)速為 9.5m/s，所以可以看到在風(fēng)速達(dá)到最大值是保持最大，圖（b） （c）分別是風(fēng)力機(jī)輸出功率變化曲線和齒輪箱高速軸輸出轉(zhuǎn)矩，由于功率與轉(zhuǎn)矩之間的比例關(guān)系，曲線的形狀大致相同。圖（d）是發(fā)電機(jī)三相輸出電流曲線，圖（e）（f）分別是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度和發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)曲線，注意到在 0.04s 之前風(fēng)速變化較小，轉(zhuǎn)子角速度和電磁轉(zhuǎn)矩變化較小，0.04s 之后風(fēng)速變化較大，轉(zhuǎn)子角速度和電磁轉(zhuǎn)矩隨風(fēng)速變化明顯。上圖是在短時(shí)間內(nèi)風(fēng)速變化較大的情況下做的仿真，其中發(fā)電機(jī)在風(fēng)速變化情況下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的細(xì)節(jié)變化未能清楚觀察到，所以設(shè)置一個(gè)特定的風(fēng)速，假設(shè)風(fēng)速在 1s 時(shí)刻從 6m/s 發(fā)生階躍變化到

48、9m/s 時(shí)，風(fēng)電機(jī)組中機(jī)械量及電氣量的變化曲線如圖 4-7 所示。 （a）風(fēng)速階躍變化精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)（b）風(fēng)力機(jī)輸出功率（c）齒輪箱高速軸輸出轉(zhuǎn)矩（d）發(fā)電機(jī)三相輸出電流（e）轉(zhuǎn)子角速度變換曲線精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)（f）發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩圖 4-7 階躍風(fēng)速變化下風(fēng)電機(jī)組參數(shù)變化曲線 圖 4-8 關(guān)系曲線PC圖-8 是當(dāng)漿距角 =0 時(shí)，功率系數(shù)與葉尖速比的仿真曲線，圖中當(dāng)=6 時(shí)，PC達(dá)到最大值 0.43。PC精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)5 總結(jié)思考總結(jié)思考本文先對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究背景和意義作了說明，現(xiàn)今世界，能源問題日益突出，作為

49、清潔能源，研究風(fēng)力發(fā)電意義重大。然后對(duì)國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r作了闡述，國(guó)外風(fēng)衣發(fā)電起步早，技術(shù)成熟而且規(guī)模大，國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電雖然起步晚，但是發(fā)展迅速，有很大的發(fā)展前景。第三部分是對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理作了說明，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的種類繁多，這里對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)的原理結(jié)構(gòu)作了介紹。最后一部分是本文的核心部分，利用 MATLAB 軟件對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了建模，然后整體仿真，得到了一系列仿真曲線，通過分析曲線，基本能夠反應(yīng)出實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行情況。本文在進(jìn)行建模與仿真的時(shí)候，在很多地方作了簡(jiǎn)化，現(xiàn)說明如下：當(dāng)風(fēng)速很小的時(shí)候，雖然風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)際發(fā)電機(jī)并沒有在發(fā)電，這里的風(fēng)力機(jī)作定速風(fēng)機(jī)討論；這里的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是定漿距

50、風(fēng)力發(fā)電機(jī)，即規(guī)定了某一個(gè)漿距角，不能隨著外界風(fēng)速的變化而改變；在傳動(dòng)系統(tǒng)建模時(shí)，沒有考慮能量損失耗，只是能量的傳遞。風(fēng)力發(fā)電資源豐富，技術(shù)成熟，可靠性高，成本低且效益顯著，在新型能源中發(fā)展較快。本論文通過 MATLAB 仿真軟件，建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型以及完整的風(fēng)力發(fā)電樣例系統(tǒng)模型，對(duì)自建的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型的可用性，并且通過單曲線繪圖對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了分析，從仿真圖形分析，能夠基本反映風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制策略是以風(fēng)速的變化為依據(jù)，風(fēng)能的最大利用效率為目的，為優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行特性提出的控制方案。變槳距控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用 PI

51、控制器，根據(jù)發(fā)電機(jī)有功功率輸出和風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速反饋來調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距。通過風(fēng)輪機(jī)槳距角控制系統(tǒng)對(duì)葉片槳距角進(jìn)行控制，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械部分與發(fā)電機(jī)的電氣部分配合，達(dá)到提高風(fēng)能利用效率及改善供電質(zhì)量的目的。利用風(fēng)力發(fā)電樣例系統(tǒng)來驗(yàn)證控制系統(tǒng)的可用性，并對(duì)各種仿真曲線進(jìn)行分析，從而得出結(jié)論。 根據(jù)風(fēng)速模型的仿真曲線，分析風(fēng)輪機(jī)和發(fā)電機(jī)各部分曲線的變化情況和整個(gè)系統(tǒng)的仿真曲線圖。在并網(wǎng)以前電壓的波形基本上是正弦形狀的，轉(zhuǎn)速基本上是穩(wěn)定的。并網(wǎng)以后雖然受到了電網(wǎng)的干擾，但轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速后再?zèng)]有多大變化；電流的波形雖然是正弦的，但整體的趨向也發(fā)生了相應(yīng)的波動(dòng)。變槳距控制系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組起動(dòng)時(shí)，通過變距來

52、獲得足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；起動(dòng)以后，當(dāng)?shù)陀陬~定風(fēng)速運(yùn)行時(shí)的機(jī)組狀態(tài)控制為轉(zhuǎn)速,當(dāng)高于額定風(fēng)速運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)整槳葉節(jié)距，改變氣流對(duì)葉片的攻角，可以改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獲得的空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，使功率輸出保持穩(wěn)定。額定風(fēng)速之后的機(jī)組狀態(tài)控制主要由槳距精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)角調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。得到的控制系統(tǒng)保持了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性。 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1付海濤.變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真研究D.華中科技大學(xué),2005. 2陳濤,鄭同偉.恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真J.農(nóng)村電氣化,2010,(1):34-35.3 趙立鄴,孟鎮(zhèn).J.農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息,

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