基于matlab的风力发电机组的建模与仿真设计

1、 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软件进展模块的搭建以与仿真。3.对仿真结果进展研究并找出最优控制策略。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与控制 策略；如对风力发电根本系统，包括风速、风轮、传动系统、各种发电机的数学模型进展 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 软件进展了仿真。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展研究。 V=V +V +V +V 1-1)b

2、 b V 为阵风风速，单位m /s；t 为阵 m/s。 r r 2r Cons tant1ProductFcn3 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 r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：0 v 0 t 为渐变风开始时间，单位 s；t 为渐变风终止时间，单位t 为渐变风开始时间，单位 s；t 为渐变风终止时间，单位 s ；V ，v 为不同时刻渐 ANDANDOperatorScope3f(u)Product1Fcn1Clock 1Step3Step4 n（5）风速V =V +V +V +V Cons tant1Cons tant1

3、 Scope2Scope2ANDLogicalOperatorStep1Out1f(u)ProductFcnScope3RandomNumberANDStep3LogicalOperator1Scope1Step4f(u)Fcn1Cons tantClock 1Product1Step2StepClockAdd12、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，其功率损失局部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 C 0.593。风力机实际得到的有用功率为：p s p T Vw p 为风轮角速度

4、，单位为 rad/s。 r gr gpiConstant4Product3 DivideSubtract30.44Subtract Product11CpIn2ProductSubtract10.0167Constant1In1Subtract23Constant3Trigonometric FunctionConstant6Constant5Constant1Product40.00184Abssin0.32Constant2Product2 rScope3Scope3Vw31uCp2Product1W Subs ystem38.5ProductCons tant2u1.2236Cons t

5、ant12TruProduct3310.5.*piGainw1b3111uCons tant3Product43、传动系统模型的建立:本实验在分析传动系统机理的根底上，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。忽略风轮和发电机局部的传动阻尼，最后可得传动系统的简化运动方程为： r g dt r g g g gg2Te-K-GainDivide2uSubtractAdd1 g1Tr1sWrIntegrator3.2753*106Constant197.5Constant3Product75.76Constant2本实验只建立发电机的模型

6、，而忽略变频装置。发电机的反扭矩方程为： g G g r ，x 分别为归算后转子绕组的电阻和漏抗，单位为。 ConsCons tant322g320.00240Te1u1uProduct32uGain21Product2uProductAdd20.001690.03759Product12u0.036920.813 uGainWGw1x2c1211x1 Add4、所有模块Scope3Scope3Scope2Out1PsFromW fenglijiTechuandongxitongWGTeU1fadianji Tr bCons tant2Cons tant1VwWrPsTr01Scope1根本风

7、速阵风风速Vg渐变风速Vr随机噪声风速总的风速模型2、风力机仿真结果 c s 3、传动系统仿真结果 4、发电机仿真结果 U1仿真波形WG仿真波形5、风力机组模型仿真结果风速、输出功率波形都在上面给出波形了，这里不再给出。6、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 3功率系数图可以看出，风能利用系数比拟低，根本运行在 0.35 以下，必会造成风 4风轮转速根本一直运行在 0.9rad/s 以下，而文章的风轮额定

8、转速为 19.8r/min， 即 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 通过查阅资料和教师与同学的讨论，完成了试验，对风力发电机组有了深刻的了解和认识， 为以后的开展和工作奠定了坚实的根底，本次试验时通过 MATLAB 对风力发机的风力机模 型、传动装置、发电机模型与风速进展了仿真，分析每局部之间的关系，为以后深入的学 习风力发电系统打下了良好的根底。 1.2掌握风力发电机组在高风速和低风速时的控制原理研究方法；二、实验容:2.1对模糊控制系统的原理进展学习研究，

9、并且遵循模糊控制器设计的规那么和方法， 设计适合风力发电机组的模糊控制器。如在高风速时随着风速以与风轮转速的变化，通过 控制变桨距不断的调整桨距角，使风轮的功率因数变化，从而改变输出功率，使输出功率 始终维持在一个合理的恒值状态。2.2 对风力发电机组在高风速和低风速时的控制原理研究，并针对系统控制原理的特 点，分别设计了模糊控制器，继而进展了高风速和低风速时的仿真研究，并且将数据进展 计算，比对证明模糊控制系统是否成功，同时找出系统设计中的优点和不足，进展推广和模糊控制系统一般主要由模糊控制器，输入/输出接口电路，广义对象以与检测装置构 成。模糊控制器是模糊控制系统的核心，其主要作用是完成输

10、入准确量的模糊化处理，并 运用模糊规那么进展运算，进而进展模糊推理决策运算以与精细化处理等重要过程。其是 一个模糊控制系统优劣性能的指标。输入输出接口电路是模糊控制器连接前后系统的两个 通道口，其作用是用来传递信号，并完成模拟信号和数字信号之间的转换，用以控制执行 器的动作，以实现控制被控对象的目的。广义对象包括执行机构和被控对象两局部。检测 装置在模糊控制系统中占据非常重要的地位，其精度直接影响整个控制系统的性能指标， 因此要求其精度高，可靠且稳定性好。模糊控制系统的工作原理是：由检测装置的数据采集单元获取被控变量，经转换和运 算处理后，输出准确值，然后准确值和给定值进展比拟获得准确偏差，经

11、模糊控制器进展 模糊化处理，模糊规那么与推理运算，最后经过准确化处理输出准确量，经接口转换送给 执行机构执行，使之达到控制对象的目的。4.1模糊控制器模型 110.5s11 DerivativeAdd11Add参加控制器与滤波器前后的波形与参加控制器和滤波器的波形 4.2结果分析通过对上面波形比照可知两个波形都存在噪声的干扰，但是在没有参加控制器的冲击 很大，会对后期的产生很大的麻烦，同时也会对风机会有一定的损坏。波形在控制器的根底上增加了滤波装置，使输出的波形更加的平滑、稳定，更有利于风机的功率输出。五、实验心得通过本次实验我学会了模糊控制的设计和使用与滤波器在系统中的重要性，模糊控制 是利用模糊数学的根本思想和理论的控制方法。在传统的控制领域里，控制系统动态模式 的准确与否是影响控制优劣的最主要关键