发布时间 : 星期三 文章基于matlab的风力发电机组的建模与仿真更新完毕开始阅读
实验一 ：风力发电机组的建模与仿真
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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Vb、阵风风速 Vg、渐变风速 Vr和噪声风速 Vn。 即模拟风速的模型为：
V=Vb+Vg+Vr+Vn （1-1)
（1）. 基本风Vb=8m/s
StepScope
基本风仿真模块
（2）阵风风速
t?t1g?0? Vg??vcos t1g?t?t1g?Tg (1-2)
?t?t1g?Tg?0式中：
vcos?Gmax?tt1g?1?cos2?(?)? (1-3) ?2?TgTg???t 为时间，单位 s；T为阵风的周期，单位 s；vcos，Vg为阵风风速，单位m /s；t1g为阵风开始时间，单位 s ；Gmax为阵风的最大值，单位 m/s。
ANDStepLogicalOperatorStep1f(u)ClockFcnProductScope13Constant
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 Vr
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：
?0t?t1r? Vr??vramp t1r?t?t2r (1-4)
?t?t2r?0式中：
vramp?Rmax??1???t?t2rt1r?t2r??? (1-5) ? t1r为渐变风开始时间，单位 s；t2r为渐变风终止时间，单位 s ；Vr，vramp为不同时刻渐变风风速，单位 m/s；Rmax为渐变风的最大值，单位 m/s 。
ANDStep3LogicalOperatorStep4f(u)Clock1Fcn1Product1Scope310Constant1
（4）噪声风速 Vn
选择一个随机噪声模块就可以
（5）风速V =Vb+Vg+Vr+Vn
Step2ANDStepLogicalOperatorScope2Step1f(u)ClockFcnProduct1Out1Scope3ConstantRandomNumberAddANDStep3LogicalOperator1Scope1Step4f(u)Clock1Fcn1Product110Constant1
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 Cp<0.593。风力机实际得到的有用功率为：
23 Ps?0.5??RvwCP??,?? (2-1)
而风轮获得的气动扭矩为：
32 Tr?0.5??RvwCT??,?? (2-2)
其中：
Ps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；Vm表示风速，单位为 m/s；Cp表示风能利用系数；CT表示气动转矩系数； 并且有：
Cp??,????CT??,?? (2-3) ???VwR (2-4)
?称为叶尖速比；?为风轮角速度，单位为 rad/s。
（1）Cp的搭建
piConstant4Product3Divide|u|AbssinTrigonometricFunction15Constant60.3Constant5Product42In2ProductSubtract1Subtract30.44Constant1SubtractProduct11Cp0.0167Constant1In1Subtract23Constant30.00184Constant2Product2
（2）风力机的搭建（包含风力机实际得到的有用功率Ps，风轮获得的气动扭矩Tr）
Scope31Vw3uv1uIn1CpIn22WProduct1Subsystem1Ps38.5ConstantProduct3bu21.2236Constant10.5.*piGain21uProduct3Tr310.5Constant31uProduct4w1
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：
Jr?nJg其中：
?2??ddt?Tr?nTg (3-1)