风轮等效风速模型的建模与仿真

风轮等效风速模型的建模与仿真

0基于风速模型的风电机组仿真计算该恶意软件在中国中部和西部地区积淀丰富，污染没有污染，技术成熟，在国内市场得到广泛应用。风力发电在所有的可再生能源中所占的比例也越来越大，正在取代传统的火力发电，为社会和人民带来巨大的社会效益和经济价值。风速模型与自然风的逼近程度会直接影响风力发电系统的故障预测诊断参数的准确性和对整个风力发电机组的性能评估。因此，建立有效的风速模型已成为风电系统仿真运行需要迫切解决的难题。国内外学者采用统计模型的方法来拟合真实的风速变化情况，但与真实的风场风速的变化存在不小的差距。当前应用在风电领域最常见的风速模型有三种，分别为四分量组合风速模型、风轮等效风速模型和Weibull分布模型1综合风速模型组合风速模型实质上是根据自然风速的变化特点，将自然风划分为基本风速分量V1.1不考虑实际风场分布基本风用来表示某段时间内风电场风速变换的平均水平，可以不考虑实际的风场风速的分布。基本风的取值直接影响风力发电系统发电量的多少。一般可以用固定的常数来表示基本风：1.2配置为刻画风速在某时刻瞬间发生改变的特点，用阵风来表现自然风的突变性。阵风的数学表达式为：式中，t1.3斜风吹风速逐渐变化的特征用渐变风分量来表示，其数学表达式为：式中，V1.4组合风速模型随机风用来表现风速改变的不确定性，或增大或减小，其数学表达式为：式中，V根据组合风速模型的理论，在Simulink中搭建仿真模型。仿真过程中设置的参数为：V2基于sim保险的分布建模与以往创建的风速模型不同，风轮等效风速模型是基于风的功率谱分布实现的更加简单的风速模型生成的方法。利用Simulink创建的具体的仿真模型如图2所示。主体部分是白噪声信号产生器、卡尔曼滤波器和3次谐波滤波发生器卡尔曼滤波器可表示为：3模型功率谱密度函数由组合风速模型模拟出的风速波形与真实的甘肃某风场采集的真实风速波形大致相同，为确保研究的正确性，两种风速模型仿真的采样频率均与实际的风速采样频率相同。其中，真实风速数据的采样频率是25Hz，即每40ms采集数据一次，这里截取的是时长为130s的风速数据。甘肃某风场的真实风速波形如图5所示。风轮等效风速模型每次仿真获取的波形都有些不同，但是风速的波动的幅度是相同的，其原因是白噪声模块中随机数发生器的初始状态没有设定初始值，所以会导致每次仿真运行时出现的波形不同，但风速波动的幅度是大致相等的。运用信号不重叠加窗的方法去评估信号的功率谱，各风速模型与真实风况下对应的功率谱密度如图6所示。从组合风的功率谱图形中知，横轴频率的范围为0～12.46Hz，纵轴功率谱密度的范围为-7～47.74dB。整体波形服从风速的功率谱密度随频率的变大而减小。但是在0.2～12.46Hz之间的功率谱密度基本上变化不大，波动的幅度几乎相等。风轮等效风速的功率谱密度同样遵循随着频率的增大而减小，但与组合风速的功率谱密度的波形相比显得更加平滑。横轴频率的范围同样为0～12.46Hz，纵轴的范围则为-52.5～47.56dB。真实风况的功率谱密度横轴频率的范围为0～12.46Hz，纵轴功率谱密度范围为-32.5～47.5dB，功率谱密度随频率的增大而缓慢减小。功率谱密度的大小与当地风场的强度有很大关系，所以不同时间段风速的功率谱密度取值存在差异是正常的。通过观察两种风速模型的风功率谱密度函数并与采集的真实风速的功率谱密度做比较，不难发现，风轮等效风速模型与真实风速的功率谱波形的相似度极高，而组合风模型的功率谱密度与真实风场的功率谱存在较大的差异。为比较模拟风与真实风的差异以及研究自然风速变化的实质规律，对风速数据的相关性进行分析。自相关这里指的是随机风速在任意两个时刻取值的相关程度考虑到风速的功率谱密度变化曲线和风速的自相关性，风轮等效风速模型无疑更加逼近真实的风场变化情况。4风场风速变化与组合风模型相比，风轮等效风速模型更加