基于matlab風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真(DOC)

1、（2009屆）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題a:學(xué)院:專業(yè):班級(jí):學(xué)號(hào):姓名:指導(dǎo)教師:風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真嘉興學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化電氣091vXxvXxXzxzXxnXzp*p*p*教務(wù)處制年月日誠(chéng)信聲明我聲明，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：年月曰I授權(quán)聲明學(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)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以影印、縮印或其他

2、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：年月曰風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真摘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

3、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niModelingandsimulationofthewindpowersystemABSTRACTThispapermainlyintroducedthebasiccontiolrequirementsandcontrolstrategyofwmdgeneiatingset,thefixedpitchwmdtuibinecontrolsystemsimulationliasmadeapreluninaiyexploiati

4、onandieseaich.Tluoughthecontrolsystemtokeepthesafeandreliableoperationofwindturbine,andrealizesstableoutputpowergeneratingunitandtheoptimizationofthecontrolfiinctionofthepowercuiveUsecontiolsystemtomakewmdpowersystemwithintheprescnbedpenodoftimeisnotoutofoideiorlessoutoforder,andwhenfaileditwillrepa

5、irwiththequickestspeedsystemtoresumenonnalworkThispapermainlyusmgtheMATLABsimulationsoftwaie、wmdpowersystemcontiolmodelisestablishedandthecompletesamplewindpowergenerationsystemmodeLtobuildthecontrolmodelforthesimulationanalysis,toverifytheusabilityofthewindpowersystemcontrolmodel,andcaniesontheanal

6、ysistothesunulationresulttluoughsinglecurvedrawing,andusethecurveplottingmodulegeneratesagraplucscanbednectlyusedmthesunulationresultsofthestudy.Keywords:windpowergenerationsystem;Modelmg;Sunulation5摘要IIIABSTRACTIV1緒論11.1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究背景和意義11.2國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概況21. 2.1世界風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r21. 2.2中國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r21.3本論文的主要工作4

7、1.3.1課題的研究?jī)?nèi)容和基本要求41. 3.2研究方法步驟52風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理62. 1風(fēng)力發(fā)電的基本原理62. 2風(fēng)輪機(jī)理論72.3水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)72.4定漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組82.5永磁同步發(fā)電機(jī)基本原理82. 5.1同步電機(jī)基礎(chǔ)82.5.2同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)92.5.3同步電機(jī)的工作原理103風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模123.1風(fēng)速模型123.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組氣動(dòng)性能模型153.3傳動(dòng)齒輪模型173.4三相同步發(fā)電機(jī)模型183.5風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體建模204風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的仿真分析215總結(jié)思考27參考文獻(xiàn)29風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真1緒論1.1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究背景和意義1=5工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)

8、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)，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

9、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。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)力發(fā)電的研究手段H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

10、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，堂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。1.2國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概況1.2.1世界風(fēng)力

11、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)過兒個(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)1250KW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)的兒次能源危機(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“55630KW”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)如徳國(guó)、美國(guó)等國(guó)家開展節(jié)

12、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、徳國(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，徳國(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:徳國(guó)（14612MW）、西班牙（6420MW）、美國(guó)（6361MW）、丹麥（3076

13、MW）和印度（2120MW）。未來國(guó)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展有兒個(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、徳國(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,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. 2.2中國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r同風(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)

14、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750T-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。兒年來我國(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(wàn)T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)16007J千瓦，累

15、計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到4182.7萬(wàn)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%。累計(jì)裝機(jī)/MW3814485467431250253758481200225805447336236475324菽據(jù)來源：CWEA2001-2012年中國(guó)新增及累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量2006-2012年中國(guó)各區(qū)域累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量1.3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)

16、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。1.3.1課題的研究?jī)?nèi)容和基本要求C7383C91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)

17、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）利用軟件建模。c）仿真，特例舉例。1.3.2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

18、步：對(duì)風(fēng)力模型進(jìn)行仿真并分析仿真結(jié)果。2風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理2.1風(fēng)力發(fā)電的基本原理他風(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。v圖2邛風(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。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Ves

19、tas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

20、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)，從而令風(fēng)輪剎車。2.2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)乂稱為風(fēng)車，是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能

21、、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)。2.3水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)翊風(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、輪殺系統(tǒng)圖2-2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖風(fēng)力發(fā)電

22、系統(tǒng)的建模與仿真2.4定漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組剛風(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CpX特性曲線。0.450一40.350.3

23、0.250.20.150.10.0524681012141618葉尖速比;I圖2-3Cp(/l,0)2關(guān)系曲線2.5永磁同步發(fā)電機(jī)基本原理從上圖關(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)整葉尖速比入，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P設(shè)定為0度。2.5.1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與定子電流的頻率人有著嚴(yán)格不變的關(guān)系，即60久式中“0同步轉(zhuǎn)速。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),其轉(zhuǎn)速n與定子電流的頻率必須是0p即異步運(yùn)行。這種機(jī)理上的差異

24、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11,轉(zhuǎn)子電流頻率定=昕，轉(zhuǎn)差率為s=So-n）/n0,如=。，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相等，則5=0,轉(zhuǎn)子電流頻率兀=0,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?jī)汉跞坑赏桨l(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

25、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)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)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。（一）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。（二）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，

26、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，固定在磁輒上。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、極靴與磁軌連成整體的沖片脅壓起來，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)#風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真集電環(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

27、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、磁軌、勵(lì)磁繞組、轉(zhuǎn)子支架（大型同步電機(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2.5.3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)&（稱為勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)）見圖2-5o改變勵(lì)磁電流的大小可相

28、應(yīng)的改變勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的大小。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U0=E0O當(dāng)定子繞組接上對(duì)稱負(fù)載，同步發(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。(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

29、網(wǎng)輸出電功率，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。3風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模胸173.1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)速模型釆用四分量疊加法的風(fēng)速模型:u=%+匕,+氣+叫，包括：基本風(fēng)，陣風(fēng)，漸變風(fēng)，隨即風(fēng)。(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vh=AT(1+)(3-1)k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，也就是取*為一個(gè)常數(shù)。AV（m/s）比t/s圖3-1基本風(fēng)風(fēng)速變化曲線此模塊使用“constant”模

30、塊，即口Constant基本風(fēng)速設(shè)置為3m/(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0,r+tI1K式中，冬為陣風(fēng)風(fēng)速，單位m/s；嶺max為陣風(fēng)峰值，單位m/s；T1為陣風(fēng)開始時(shí)間，單位S；兀為陣風(fēng)周期，單位s；t為時(shí)間，單位S。陣風(fēng)風(fēng)速隨時(shí)間變化曲線如圖3-2陣風(fēng)模型如下圖3-3所示Constant18圖3-3陣風(fēng)模型參數(shù)設(shè)置：Vgmax設(shè)置為6m/s,T1設(shè)置為0.03s,T&設(shè)置為0.05s。（3）漸變風(fēng)：描述風(fēng)速漸變的特性O(shè).tTr2+T匕=tTrl匕max丁丁51-2(3-3)VrmaxX2tTf2+T式中，匕為漸變風(fēng)風(fēng)速，單位m/s,怙心為漸變

31、風(fēng)峰值，單位m/s；T為漸變風(fēng)持續(xù)時(shí)間，單位s；Tri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所示漸變風(fēng)風(fēng)速模型如下圖3-5所示Vrmax0.060.04圖3-5漸變風(fēng)風(fēng)速模型參數(shù)設(shè)置:匕max設(shè)置為6m/s,Tri設(shè)置為0.04s,Tr2設(shè)置為0.04s。（4）隨機(jī)風(fēng)：描述在特定高度上風(fēng)速變化的隨機(jī)特性氣=匕旳如（T）cos（s+觀）（3-4）式中，為隨機(jī)風(fēng)的風(fēng)速，單位m/s；找為隨機(jī)風(fēng)的最大值，單位m/s；尺“”血”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，單位rad/s；如為0-2兀間服從均勻概率分布的隨機(jī)量。此模型使用MAT

32、LAB的uRandomnumber模型,即:RandomNumber風(fēng)速綜合模型如下圖3-6所示圖3-6風(fēng)速綜合模型3.2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:(3-5)其中入為葉尖速比，表達(dá)式為：AV機(jī)械轉(zhuǎn)矩為：P1卩2Tm=4=丄6入）一，（3-6）co2A式中，P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；0為葉片旋轉(zhuǎn)角速度，現(xiàn)代定速風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為152017mm,本文中取20r/min：Cp（B,入）為風(fēng)輪機(jī)的功率系數(shù)；Cp與葉尖速比X和葉片漿距角B有關(guān)，關(guān)系式如下卩6=0.5（學(xué)10.0

33、2202廠ON55（3_7）式中，Cf為葉片設(shè)計(jì)常數(shù)，本文中取值為3,取12.根據(jù)不同的隊(duì)n取值，可得到Cp曲線如圖所示，從圖中可以看出，對(duì)于某一確定的漿距角p,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37qa”）久關(guān)系曲線Cp的模型如下圖3-8所示:lamdaElementseuMathFunctionProductofGain2Elementsl二ProducGain3圖38Cp仿真模型風(fēng)力機(jī)仿真模型如下圖3-9所示:圖3-9風(fēng)力機(jī)仿真模型3.3傳動(dòng)齒輪模型風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是

34、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)(3-9)丿疥、血分別為風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)械轉(zhuǎn)速；幾、人$分別為經(jīng)過傳動(dòng)齒輪低速軸和高速軸上的機(jī)械轉(zhuǎn)矩；心為齒輪箱的變比。風(fēng)輪機(jī)發(fā)電機(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:圖3-11傳動(dòng)齒輪模型3.4三相同步發(fā)電機(jī)模型傳動(dòng)模型氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ta和電機(jī)電磁

35、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，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j_dco,”_丁丁t3-io)eqdtClIe式中：7；為傳動(dòng)損失，T嚴(yán)Bco，為轉(zhuǎn)動(dòng)粘滯系數(shù)，厶“是機(jī)組等11mmW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)Jeq=Jr+J&(3-11)式中人和厶分別為風(fēng)輪機(jī)和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。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,基于尤旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸建立起數(shù)學(xué)模型如下：(3-12)式中：id和2；分別為發(fā)電機(jī)的d軸和q軸電流；乙和Q分別為發(fā)電機(jī)的d

36、軸和q軸電感；心和叫分別為電壓源d軸和q軸分量；R為定子電阻；q為轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度；心為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)；2為永磁體磁鏈。PMSM的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為：(3-13)Te=1.5爲(wèi)(6Lq)id+幾以上兩個(gè)模型集成與PMSM模塊中,PermanentMagnetSynchronousMachinal永磁同步發(fā)電機(jī)模型如下圖3-12所示：Scope9MachinesMeasurementDemuxl圖3-12永磁同步發(fā)電機(jī)7；”為風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的軸機(jī)械轉(zhuǎn)矩，is_abc為定子三相電流，”為轉(zhuǎn)子角速度,Te為電磁轉(zhuǎn)矩。嘉興學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)3.5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)

37、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Smiulnik下搭建的系統(tǒng)仿真模塊如圖3-13所示。Demuxl圖3-13風(fēng)電系統(tǒng)仿真風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)額定風(fēng)速為9.5ni/s,永磁同步電動(dòng)機(jī)失速轉(zhuǎn)矩為-175Nm,額定轉(zhuǎn)速為30001/miiio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。1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿莫4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2.5nVs和Om/s。風(fēng)速仿真效果如下圖。3風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真1800.020.040.060.080.1圖4-5綜合風(fēng)

38、速圖圖4-1是基本風(fēng)風(fēng)速仿真圖，基本風(fēng)風(fēng)速為3ni/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Om/s,最大風(fēng)速為2.5nVs,圖4-3是漸變風(fēng)風(fēng)速仿真圖，其0.04s0.06s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)速脅加仿真圖。2(d)三相輸出電流n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)最大額定風(fēng)速為9.5m/s,所以可以看到在

39、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Is時(shí)刻從6m/s發(fā)生階躍變化到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

40、所示。105098760.511.52(a)風(fēng)速階躍變化1402001201008060400.51.521n(f)發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩圖48Cp關(guān)系曲線圖-8是當(dāng)漿距角卩=0時(shí)，功率系數(shù)G與葉尖速比“的仿真曲線，圖中當(dāng)久=6時(shí)，G達(dá)到最大值0.43o5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

41、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

42、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