变速风力机的建模与仿真
风电场建模和仿真研究
风电场建模和仿真研究一、本文概述随着全球能源结构的转型和可再生能源的大力发展，风电作为一种清洁、可再生的能源形式，在全球范围内得到了广泛的关注和应用。
风电场作为风电能源的主要载体，其运行效率、经济效益及安全性直接决定了风电产业的健康发展。
因此，对风电场进行精确建模与仿真研究，对于提升风电场的设计水平、优化运行策略、预测和评估风电场的性能具有重要的理论价值和现实意义。
本文旨在全面系统地探讨风电场的建模与仿真技术，通过对风电场各个组成部分的深入分析，构建一个真实反映风电场运行特性的仿真模型。
本文首先对风电场的基本原理和结构进行概述，介绍风电场的主要组成部分及其功能；接着，详细阐述风电场建模的关键技术，包括风力发电机组模型、风电场电气系统模型、风电场控制系统模型等；然后，介绍风电场仿真的基本流程和方法，包括数据收集、模型构建、仿真实验及结果分析等；结合具体案例，展示风电场建模与仿真技术在风电场设计、运行优化和性能评估中的应用。
通过本文的研究，希望能够为风电场的设计、运行和管理提供有益的参考和指导，推动风电产业的可持续发展。
二、风电场建模基础风电场建模是研究风电能转换、风电系统运行及风电场优化布局的重要手段。
建模的准确性直接关系到风电场运行的安全性和经济性。
风电场建模主要基于风电机组的运行特性、风电场的布局、地形地貌、气象条件以及电网接入方式等因素。
在风电场建模过程中，首先需要对风电机组进行单机建模。
这通常涉及风电机组的空气动力学特性、机械动力学特性、电气控制特性等方面的研究。
其中，空气动力学特性主要研究风轮对风能的捕获能力，机械动力学特性关注风电机组在风载荷作用下的动态响应，而电气控制特性则关注风电机组的能量转换和并网控制。
除了单机建模外，风电场建模还需要考虑风电场的整体布局。
风电场的布局直接影响到风能的分布、风电机组之间的相互干扰以及风电场的整体发电效率。
因此，在建模过程中，需要综合考虑地形地貌、风向风速分布、湍流强度等因素，以确保风电场布局的合理性。
风力发电机组动力学建模与仿真分析
风力发电机组动力学建模与仿真分析作者：辛金明来源：《中国新技术新产品》2017年第05期摘要：要想弄清楚风力发电机组的暂态过程将对电力系统产生何种影响，就必须建立一定的模型进行仿真分析，使得出的结论更真实可靠。
在本文中，笔者依据发电机组的结构对3种风力发电机组的动力学模型进行分析，即空气动力学模型、转子及塔筒动力学模型和传动链模型，接着客观分析不同环节之间可能存在的相互影响，然后进行模型修正，最终建立有效模型，并进行相应的仿真分析。
关键词：风力发电；暂态模型；动力学模型；非线性模型中图分类号：TK83 文献标识码：A1.风力发电机组机械子系统结构当前并网运行的风力发电机组大致包含以下4种类型：双馈异步式机组、永磁直驱式机组、全功率异步式机组以及采用鼠笼电机直接并网的异步机组，其中双馈异步式机组、全功率异步式机组和采用鼠笼电机直接并网的异步机组的机械子系统结构均如图1所示，而永磁直驱式机组的机械子系统无齿轮箱结构。
在风力发电机组的3个动力学模型中，空气动力学模型基于激盘理论和叶素理论描述叶片受力情况，通过桨距角和风速将风力资源转换成升力和阻力，然后经坐标的变换分解，把升力、阻力转换成旋转面内、外的力矩；转子及塔筒动力学模型则是将风轮的3个叶片、塔筒和轮毂看作是具有5个自由度的整体，并且根据拉尔朗日方程的相关求解得出与每个自由度相对应的角位移和转矩；传动链动力学模型在风力发电机组中起到了将低速旋转的轮毂转矩传递给高速运动的转子的作用。
2.风力发电机组动力学模型2.1 空气动力学模型一般情况下，我们习惯用空气动力学模型来表示风力发电机组中风轮吸收空气动能并将其转换成旋转机械能的数学关系。
在这里，笔者简要谈一下叶素理论建模法：叶素理论对长度为无限小的径向叶素进行相关受力分析，充分参考有限翼展对叶尖可能产生的涡流影响，在此基础上对叶素作用进行积分，这样就能计算得出叶根处受到的力矩。
2.2 转子及塔筒动力学模型风力发电机组的旋转发电过程实际上是十分繁复的，具有多自由度、多变量和高非线性耦合的特征，有点类似于多自由度机械臂的运动过程。
风力发电机组系统建模与仿真研究
风力发电机组系统建模与仿真研究一、概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注。
风力发电机组作为风力发电的核心设备，其性能优化和系统稳定性对于提高风电场的整体效率和经济效益具有重要意义。
对风力发电机组系统进行建模与仿真研究，不仅可以深入了解风力发电机组的运行特性和动态行为，还可以为风力发电系统的优化设计、故障诊断和性能提升提供理论支持和技术指导。
风力发电机组系统建模与仿真研究涉及多个学科领域，包括机械工程、电力电子、自动控制、计算机科学等。
建模过程需要考虑风力发电机组的机械结构、电气控制、风能转换等多个方面，以及风力发电机组与电网的相互作用。
仿真研究则通过构建数学模型和计算机仿真平台，模拟风力发电机组的实际运行过程，分析不同条件下的性能表现和动态特性。
近年来，随着计算机技术和仿真软件的不断发展，风力发电机组系统建模与仿真研究取得了显著进展。
各种先进的建模方法和仿真工具被应用于风力发电机组系统的研究中，为风力发电技术的发展提供了有力支持。
由于风力发电的复杂性和不确定性，风力发电机组系统建模与仿真研究仍面临诸多挑战，需要不断探索和创新。
本文旨在对风力发电机组系统建模与仿真研究进行全面的综述和分析。
介绍风力发电机组的基本结构和工作原理，阐述建模与仿真的基本原理和方法。
重点分析风力发电机组系统建模与仿真研究的关键技术和挑战，包括建模精度、仿真效率、风能转换效率优化等方面。
展望风力发电机组系统建模与仿真研究的发展趋势和未来研究方向，为风力发电技术的持续发展和创新提供参考和借鉴。
1. 风力发电的背景和意义随着全球能源需求的不断增长，传统能源如煤炭、石油等化石燃料的消耗日益加剧，同时带来的环境污染和气候变化问题也日益严重。
寻找清洁、可再生的能源已成为全球关注的焦点。
风能作为一种清洁、无污染、可再生的能源，正受到越来越多的关注和利用。
风力发电技术作为风能利用的主要方式之一，具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。
变速恒频双馈风电机组风电场动态出力特性建模方法
频 双馈 风 电机 组 风 电场 动 态 出力 特 性 建 模 方 法 ， 风 电场并 网运 行 时双馈 发 电机组 内部 的功 率损 耗 ， 建立 了风 电 场 动 态 等 值 模 型 ，该 等 值 模 型 包 括 ： 通过 应用 加 权 平 均 法 对 风 力 发 电 机 组 进 行 等 值 ， 风力 机模 型 、发 电 机 模 型 以及 控 制 系 统模 型 ，并 然后 利用单 纯 形法 对 比例 积分 控 制器 （ ｒｐｒｏ． Ｐｏｏｔｎ ｉ
刘力卿 ，李秀锦 ，余 洋 ，王 磊 ，闫 坤
（ ． 北 电 力 大 学 电 气 与 电 子 工 程 学 院 ，河 北 保定 ０ １０ ；２ 水 市 桃 城 区 电 力局 ，河 北 衡 水 ０ ３０ ） １华 ７ ０３ ．衡 ５ ０ ０ 摘 要 ：为研 究 大 型 风 电 场接 入 对 电力 系统 动 态稳 定 的 影 响 ，风 电 场 的 动 态 出 力 特 性 等 值 建 模 方 法 成 为 关 键 。在 分析 双馈 风 力 发 电机 组 数 学模 型基 础 上 ，基 于 明 确 的 物 理 意 义 ， 利 用 容 量 加 权 平 均 法 ，对 变 速 恒
等值 发 电机 所 有 阻 抗 参 数 均 可 通 过 容 量 加 权 的方 法之 一 ，是 基 于 几 何 形 状 考 虑 的启 发 式 优 化 算法 Ｊ 。ｎ维 空 间 的 单 纯 形 是 由不 在 同 一 个 超 平 平均法求得 ，公式为 ：
风力发电机的建模及动态仿真
Ed′= -
xm x2 + xm
Q
E q′=
xm x2 + xm
D
( 12)
Q= -
x
2
+ xm
x
mE
′ d
D=
x
2
+ xm
x
m
E
′ q
( 13)
p
Q= -
x
2
+ xm
x
mp
E
′ d
p
D=
x
2
+ xm
x mp
E
′ q
( 14)
根据转子电压方程 D 轴
R 2iD + x 2 + x mp E ′ q - ( xm
x= x1+ xm 3. 3 电磁暂态过程方程式 从( 5) 式 D 轴转子磁链方程得
iD =
x2
x +
m
x
m
id
+
1 x2 + xm
D
( 6)
把( 6) 式代入 d 轴定磁链方程得
d=-
x ′id +
E
′ q
( 7)
式中 x ′——暂态电抗
x ′=
x1 +
xm -
x2
x
2 m
+ xm
=
x1 +
x2 x2 +
叙词 风力发电机 建模 动态仿真
Building Model and Dynamic Simulation on Windmill Generator
X in Jiang Institute of T echnolo gy Hou Shuhong, Lin Hong, Chao Qin, Zu Lati
750kw风力发电机叶片建模与仿真分析解析
毕业论文题目：750KW风力机叶片建模与模态仿真分析学院：专业：机械设计制造及其自动化班级：学号：学生姓名：导师姓名：完成日期： 2014年6月20日诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。
作者签名：日期：年月日毕业设计（论文）任务书题目： 750KW风力机叶片建模与模态仿真分析姓名学院专业班级学号指导老师职称教研室主任一、基本任务及要求：1、查阅20篇左右文献资料，撰写开题报告和文献综述。
2、确定叶片主要翼形构成、外形参数及载荷。
3、应用三维建模软件建立叶片三维实体模型。
4、应用仿真软件对复合材料叶片进行模态仿真分析。
5、改变叶片转速，讨论复合材料叶片动力刚化效应对振动的影响。
6、按照要求撰写毕业论文和打印图纸。
二、进度安排及完成时间：2014.2.20－3.5：课题调研（含毕业实习及撰写毕业实习报告）、查阅文献资料。
2014.3.6－3.28：撰写文献综述和开题报告。
2014.3.29－4.8：确定叶片主要翼形构成、外形参数及载荷。
2014.4.9－4.19：应用三维建模软件建立叶片三维实体模型。
2014.4.20－4.27：应用仿真软件对复合材料叶片进行模态仿真分析。
2014.4.28－5.5：改变叶片转速，讨论复合材料叶片动力刚化效应对振动的影响。
2014.5.6－5.26：撰写毕业论文、完成设计。
2014.5.27－6.10：整理毕业设计资料，毕业答辩。
目录摘要 (I)Abstract .................................................................................................................... I I 第1章绪论 (1)1.1 前言 (1)1.2研究的目的和意义 (1)1.3风力机叶片气动性能的研究现状 (2)1.4风力机叶片结构分析的研究现状 (3)1.5 风力机叶片模态分析研究现状 (4)第2章叶片建模简介与建模软件 (6)2.1 叶片建模简介 (6)2.2 UG NX产品简介 (6)2.3 本章小结 (7)第3章叶片模态分析理论与ANSYS软件介绍 (8)3.1叶片模态分析理论 (8)3.2 ANSYS软件介绍 (9)3.3 本章小结 (10)第4章叶片外形设计与三维建模 (11)4.1风力机叶片 (11)4.2叶片结构 (11)4.3风力机叶片翼型选择及设计参数 (12)4.3.1 翼型的选择 (12)4.3.2 叶片设计参数 (13)4.3.2 叶片截面空间坐标的求解 (15)4.3.3 坐标求解方法及结果 (16)4.4 叶片实体建模 (17)4.5 本章小结 (20)第5章模态仿真分析 (21)5.1 分析步骤 (21)5.2 叶片在约束状态下的模态分析 (26)5.2.1壳体填充模态 (26)5.2.2 壳体模态 (28)5.2.3 结果分析 (29)5.3.预应力模态 (30)5.3.1额定转速工况 (30)5.3.2对不同转速分析 (32)5.4 本章小结 (32)第6章结论与展望 (33)6.1 结论 (33)6.2 展望 (33)参考文献 (35)致谢 ..................................................................................... 错误！未定义书签。
风力发电设备联合仿真系统使用手册说明书
风力发电设备联合仿真系统使用手册沈阳华人风电科技有限公司二零一六年一月未经沈阳华人风电科技有限公司事先书面许可，本手册的任何部分不得以任何形式进行增删、改编、节选、翻译、翻印或仿制。
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目录目录 (3)第1章系统概述 (4)1.1软件简介 (4)1.2主要功能 (4)1.3安装指南 (5)1.3.1软件安装 (5)1.3.2软件卸载 (9)1.3.3加密锁功能简介与驱动安装 (10)1.3.4辅助插件的安装 (10)1.3.5 安装 (14)1.3.6动态链接库文件使用 (16)第2章使用说明 (19)2.1仿真控制 (20)2.1.1 “启动”/“关闭”仿真程序 (20)2.1.2仿真进程控制 (20)2.1.3显示比例控制 (21)2.1.4“暂停”/“继续”仿真程序 (21)2.1.5电网全部“导通”/“断开” (21)2.1.6批量“启动”/“关闭”机组 (21)2.1.7仿真数据初始化 (22)2.2电场监控 (26)2.2.1风场环境仿真 (26)2.2.2风电场电气系统仿真 (29)2.2.3机组变流参数仿真 (37)2.2.4风电数据采集与分析 (38)2.3设备监控 (43)2.3.1机组发电系统仿真 (43)2.3.2机舱温度场仿真 (45)2.3.3风电机组安全监控 (47)2.3.4机组传动系统仿真 (49)2.4运维培训 (50)2.4.1风电机组定检培训 (50)2.4.2电气设备操作培训 (56)第1章系统概述1.1软件简介风力发电设备联合仿真系统是一款可实现风电场及风力发电设备全范围仿真的大型软件系统，囊括了风电机组及其风轮系统、发电系统、传动系统、控制系统、安全链等子系统的数学模型，并可实现各子系统运行的协调控制。
基于matlab风力发电系统的建模与仿真设计
基于matlab风力发电系统的建模与仿真设计一、介绍在当今世界上，可再生能源已经成为人们关注的焦点之一。
其中，风力发电作为一种清洁能源方式，被广泛应用并受到了越来越多的关注。
针对风力发电系统的建模与仿真设计，基于Matlab评台的应用是一种常见的方法。
本文将深入探讨基于Matlab的风力发电系统建模与仿真设计，旨在帮助读者全面理解这一主题。
二、风力发电系统的基本原理风力发电系统是将风能转化为电能的设备。
其基本原理是通过风力驱动风轮转动，通过风轮与发电机之间的转动装置，将机械能转化为电能。
风力发电系统包括风力发电机组、变流器、电网连接等部分。
在设计和优化风力发电系统时，建模与仿真是非常重要的工具。
三、Matlab在风力发电系统建模中的应用Matlab是一种功能强大的数学建模软件，广泛应用于工程、科学和数学领域。
在风力发电系统的建模与仿真设计中，Matlab可以用于模拟风速、风向、风机性能、电网连接等多个方面。
通过Matlab工具箱，可以实现对风力发电系统各个环节的建模和仿真分析。
四、基于Matlab的风力发电系统建模与仿真设计在实际建模中，需要进行风速、风向、风机特性、变流器控制策略等多方面的建模工作。
通过Matlab，可以建立风力机的数学模型，进行风能的模拟，并结合电网连接及功率控制策略进行仿真设计。
通过建模和仿真，可以分析系统在不同工况下的性能表现，指导系统设计和运行。
五、对风力发电系统建模与仿真设计的个人观点和理解在我看来，基于Matlab的风力发电系统建模与仿真设计是一种高效且可靠的方法。
通过Matlab评台，可以更好地对风力发电系统进行综合性的分析和设计。
Matlab提供了丰富的工具箱，能够支持复杂系统的建模和仿真工作。
我认为Matlab在风力发电系统建模与仿真设计上具有很高的应用价值。
六、总结通过本文的阐述，我们全面深入地探讨了基于Matlab的风力发电系统建模与仿真设计。
从风力发电系统的基本原理开始，介绍了Matlab 在该领域的应用，并着重强调了建模与仿真的重要性。
风力发电机组系统建模与仿真研究
风力发电机组系统建模与仿真研究发表时间：2020-12-24T03:30:01.321Z 来源：《中国电业》（发电）》2020年第21期作者：张志强[导读] 在技术和经济发展方面，风力发电已经具备了与原煤和核电厂竞争的市场竞争能力。
甘肃龙源风力发电有限公司甘肃兰州 730050摘要：本文分析了风力发电机组系统建模与仿真研究的现状，对风力发电机组的系统建模与仿真设计分别进行了研究，希望对风力发电机组的系统建模与仿真的研究有所帮助。
关键词：风力发电机组；系统建模；仿真研究新能源发电技术在全球范围内取得了长足的进步。
我国的风能资源丰富，作为可再生资源的“清洁能源”，风力发电变得越来越重要。
在技术和经济发展方面，风力发电已经具备了与原煤和核电厂竞争的市场竞争能力。
通过建立风速发电机组模型和关键技术研究方法，建立了风速发电机组的离散系统分析模型，利用建立的分析模型针对分离发电机在各种工况下的性能以及它的动力学的特性进行了分析。
离散系统模型包括离散系统输出功率传输链模型，结构动力学分析模型和控制方法分析模型。
非线性输出功率传输链模型的关键是研究风速发电机将风转换为电磁能的全过程。
关键考虑因素是风电特性，叶轮流体力学，减速齿轮箱模型和发电机组模型。
流体力学的研究也是离散系统输出动力传输链研究的基础。
结构动力学分析模型是研究风能发电机整个运行过程中结构振动和变形条件的关键。
控制方法分析模型的关键是研究控制方法以获得风速发电机组的最高输出功率。
由于结构动力学分析模型和控制方法分析模型的建立必须考虑到风速发电机组内部组件的耦合效应，因此只有在建立输出功率传输链模型之后才能建立这两个模型[1]。
1风力发电机组系统建模与仿真研究现状由于系统的模型是系统分析特性的必要条件，因此，建立精确的风机模型已成为许多研究者关注的焦点。
风速发生器是一个复杂的非线性系统，很难建立准确的动力学模型。
考虑的元素越多，系统软件的顺序就越高，并且详细考虑的各种元素的动态响应相距甚远，这将导致风力涡轮机构成病态的系统软件。
基于MATLAB的风力发电机组建模和仿真研究
比Ａ对应与其相应的最大风能利用系数Ｃ。。。对于 任意的叶尖速比，随着桨距角的减小，风能利用系数
逐渐增大。上述结论为变桨距控制提供了理论基
础：在风速低于额定风速时，桨叶节距角口＝０。。发
电机输出功率未达到额定功率，随风速变化通过改
变发电机转子转速或者叶尖速比使风能利用系数恒
定在Ｃ。。。捕捉最大风能。在风速高于额定风速
从自然风只能获取有限能量。风轮实际获得的风能 功率为
Ｐ，＝ｃ，（Ａ，卢）·专－ｐｌｒＲ２移３
（６）
Ａ：坚
（７）
风轮转矩与风速、风轮转速有关，关系式为
ｔ＝岳－ｃｐ㈧鲈扣树毒 ∞，
‘
Ｚ。
∞，
（８）
式中Ｐ。——风轮实际吸收的功率／ｗ；
ＣＡ，·（叶Ａ，尖卢速）—比—；功率系数；
ｒＢ空——气桨密距度角／（。ｋｇ）；·ｍ～；
数，有
云＝后 （蠡为常数）
（２）
２．１．２ 阵风
阵风反映了风速的突变性。其数学模型为
‰＝孚［１一ｃ。ｓ２１Ｔ（争一争）］ （３）
－
１ｇ
１ｇ
２．１．３ 渐变风
渐变风风速是反映风速缓慢变化的特性。其数
学模蚴”尺一（１一等） （４）
·２５·
万方数据
２．１．４随机风
随机风速（％）反映风速变化的随机性，用随机
收稿日期２０ｌｌ—０７一１６ 修订稿日期２０ｌｌ—１０—２０ 基金项目：国家自然科学基金项目（Ｎ０．５１１６７０ｌＩ）；内蒙古自治
区自然科学基金项目（Ｎ０．２０１０Ｍｓ０９０５） 作者简介：陈虎（１９黼一），男．硕士研究生，研究方向：风力发电
机组的智能控制技术。
·２４·
Ｏ引言
风力发电作为一种不竭的可再生资源，具有其 它能源不可取代的优势和竞争力。风能的利用一直 是世界上增长最快的能源，装机容量近年每年增长 超过３０％。预计到２０２０年全球的风力发电装机将
基于Matlab的双馈风电机组的建模与仿真
− LAB − LBA −LCB −LaB −LbB −LcB
− LAC − LBA −LCC −LaC −LbC −LcC
− LAa − LBa −LCa −Laa −Lba −Lca
− LAb −LBb −LCb −Lab −Lbb −Lcb
−LAc iA
−
LBc
iB
−LCc −Lac
关键词：Matlab 双馈风电机 变速恒频
作为一种无污染、易获取以及零成本的可再生清洁能 源，风能具有广阔的发展前景。风力发电技术作为发展最快、 最可能商品化的技术之一，具有很多其他能源无法比拟的 优势。例如，风电技术建设周期短，一台风机安装时间不 超过三个月；万千瓦级风电场建设期不超过一年，即可再 投产一台。风力发电因为其具有特殊优势受到各个国家重 视，许多国家都将其列入发展计划中，并投入大量人力、 财力，获得了较大的成绩。
图 1 双馈变速发电机运行原理
2 双馈发电机的数学模型
双馈风电机也称为交流励磁风电机，是一个高阶非线
性强耦合多变量系统，若只对励磁电压进行标量控制，是
无法满足要求的，所以需要将定子绕组磁场作为定向控制
目标，以便达到简化系统的目的。通过坐标变换能够得到
同步发电机在两相同步旋转坐标系上的数学模型。
双馈风电机定子绕组的电压方程如式（1）所示。
+
iiCa
（4）
−Lbc
ib
−Lcc ic
双馈发电机内部电磁关系与输入机械转矩以及机械转
矩变换成的电磁转矩有着十分紧密的关系。忽略电机各部
分传动摩擦，转矩间平衡关系如式（5）所示。
Tm
= Te
+
J np
dω dt
（5）
三种风力发电机组的建模与仿真
近年来风能的开发利用已得到世界各国的高度 重视 ,技术和设备的发展很快 ,风力发电机组由最初 的恒速恒频型发展到变速恒频型 ,发电效率有了显 著提高 。恒速恒频型发电机组以异步发电机为代 表 ,目前我国的风电场多采用此种发电机[1] ,其主要 优点是结构简单 、成本低 、过载能力强以及运行可靠 性高 ,但是发电机的功率因数较低 ,因此一般要在输 出端安装可投切的并联电容器组提供无功补偿 。
由于恒速恒频型发电机组的异步机是国内当前 各风电场的主流机型 ,而国内近年引入的技术又以 变速恒频风力发电机组为主 ,因此本文主要针对上 述风力发电机组的模型进行了仿真和研究 ,分别建 立了异步感应电机 、双馈感应式电机以及永磁同步 电机这 3 种主要电机类型的单机无穷大系统风电场 仿真模型 ,并分别在各种不同的模拟风速情况下对 各个模型进行仿真分析 ,最后将它们在风速扰动情 况下的响应特性进行比较 。
机组所特有的变频器模型及其控制实现方法进行了 具体的阐述 。目前风电机组的变频器多采用 PWM 控制的交直交形式 ,且关于模型和控制的研究也多 限于考虑变流器逆变部分的控制作用 ,而文献[ 5 ]则 完善了整流部分的控制作用 ,描述了功率单向流动 的 PWM 控制的电压源交 - 直 - 交变频器和一台小 型双馈感应发电机装置 ,阐述了该装置中变频器的 控制机理和相应控制结构的设计 ,提出了适合于风 力发电系统的变频器和双馈电机简化数学模型和控 制策略的设计方案 ;文献 [ 6 ]和 [ 7 ]针对发电机电气 部分和风力机桨距角的控制器提出了相应的设计实 现和控制策略 。其设计主要采用 PI 控制器 ,目前也 提出了模糊或自适应控制器 ,而控制策略的分析则 根据风速的变化 ,以最大效率利用风能为目的 ,为优
风电场建模和仿真研究
风电场建模和仿真研究随着可再生能源的日益重视和广泛应用，风电场建设已成为能源开发的重要领域之一。
风电场建模和仿真研究对于优化风电场设计和提高能源利用效率具有重要意义。
本文将介绍风电场建模的基本原理和仿真研究的方法，以期为相关领域的研究提供参考。
一、风电场建模风电场建模是指利用数学模型和计算机技术对风电场进行模拟，以获得其性能和运行特性。
风电场建模包括风能资源评估、风力发电机组选型与布局、风力发电机组性能仿真与评估、风电场电气系统建模等方面的内容。
1、风能资源评估风能资源评估是风电场建模的基础。
它通过对风电场所在区域的风能资源进行测量和分析，获得该区域的风能分布、风向和风速等数据，为后续的风电场设计和建设提供依据。
2、风力发电机组选型与布局风力发电机组是风电场的核心设备，其选型与布局直接影响到风电场的发电效率和经济效益。
在风电场建模中，需要根据风能资源评估的结果选择适当的风力发电机组类型和数量，并确定其布局，以实现最优的发电效率和最小的成本。
3、风力发电机组性能仿真与评估风力发电机组性能仿真与评估是风电场建模的重要环节。
它通过对风力发电机组的性能进行模拟和分析，获得其运行特性和发电效率等数据，为后续的风电场设计和建设提供依据。
4、风电场电气系统建模风电场电气系统建模是风电场建模的重要组成部分。
它通过对风电场的电气系统进行模拟和分析，获得其电压、电流和功率等数据，为后续的风电场设计和建设提供依据。
二、仿真研究的方法仿真研究是风电场建模的重要手段。
它通过建立仿真模型，模拟风电场的实际运行状态，为风电场设计和优化提供依据。
以下介绍几种常见的仿真研究方法：1、系统级仿真系统级仿真是对整个风电场进行仿真研究，包括风能资源评估、风力发电机组选型与布局、风力发电机组性能仿真与评估、风电场电气系统建模等方面。
通过系统级仿真，可以获得风电场的整体性能和经济效益，为后续的风电场设计和建设提供依据。
2、部件级仿真部件级仿真是对风力发电机组的各个部件进行仿真研究，包括风轮、发电机、齿轮箱、控制系统等。
风力发电系统建模与仿真
风力发电系统建模与仿真摘要：风力发电作为一种清洁的可再主能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。
本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基础；（2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型；（3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础；（4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。
关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真1风资源及风力发电的基本原理1.1风资源概述（1）风能的基本情况山风的形成乃是空气流动的结果。
风向和风速是两个描述风的重要参数。
风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。
风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。
风速是指某一高度连续lOmin所测得各瞬时风速的平均值。
一般以草地上空10m 高处的lOmin内风速的平均值为参考。
风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。
通过它可以得知当地的主导风向。
风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。
（2）风能资源的估算风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下：co = 0.5/cn'3（1~1）式中，3——风能密度（W/m2）,是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量；p——空气密度（匕/用）；V ----- 风速(加/s) O由于风速是一个随机性很大的量，必须通过一段时间的观测来了解它的平均状况，一个地方风能潜力的多少要视该地常年平均风能密度的大小。
因此需要求出在一段时间内的平均风能密度，这个值可以将风能密度公式对时间积分后平均来求得。
风力发电机组传动链动力学建模与仿真分析研究
2.1 引言....................................................................................................................................... 9 2.2 刚体运动学........................................................................................................................... 9
The main contents are as follows: ① Analyzed the utilization of wind resource and the development trend of wind power technology and sharing the research scholars of the wind turbine dynamics modeling and simulation analysis at home and abroad. ② Basis of the wind turbine multi-body modeling, derivate the kinematics and dynamics formulas of rigid and flexible multi-body. the finite element method was also introduced. ③Based on the drivetrain’s structure and load transfer routine developing the drivetrain topology diagram. the flexible multi-body simulation model was build combining with the diagram and finite element method. ④Execute modal analysis on the SIMPACK software , the natural frequencies and its energy of the drivetrain were obtained. the two dimensional Campbell chart were drawn the information of potential resonance point obtained in the end. ⑤Each response components acceleration curve obtained by time domain torque sweep, this curve transform to frequency domain using the FFT method.the resonance point is determined by the transform curve peak value.
变速恒频双馈风力发电系统的统一数学建模及运行仿真
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｘ ｕ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｕ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ４ ６ １ ０ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
考 虑变换器和双馈 电机 ， 构建 了变速恒频双馈风力发 电系统 的统一 数学模 型 ， 为实现 系统集成 控制提供 了依
据 。在 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ环境 下构建 了仿 真系统 ， 实现 了风速模 拟 、 传输线模拟及 双馈风 电系统模拟 ， 仿 真结果表 明 ，
在变速 恒频 双馈 风力 发电系统的统一数学模型下 ， 能实现风 电系统 的有效控制 。
ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ — ＤＦ Ｉ Ｇ ｗ ｉ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｗａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ，ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ＤＦ Ｉ Ｇ ｔ ｏ ｇ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ — Ｖ Ｓ Ｃ Ｆ ｗ ｉ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗ ａ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ，ｔ ｈ ｅ ｗ ｉ ｎ ｄ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ，ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ＤＦ Ｉ Ｇ ｗ ａ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｒ ｅ ｌｉ ａ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ｗ ｏ ｒ ｋ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｏ ｎ ｅ ｂ ｙ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．
风电机组电气仿真模型验证规程
风电机组电气仿真模型验证规程第一部分：介绍风电机组电气仿真模型验证规程的背景和目的（大约500字）在当今的可再生能源行业中，风力发电被广泛应用和认可。
风电机组的电气系统是实现风力发电的关键组成部分。
为了确保风电机组的电气系统的安全性、可靠性和性能，电气仿真模型的验证至关重要。
电气仿真模型验证规程旨在通过对风电机组电气系统进行仿真和测试来验证其设计的正确性和可行性。
风电机组电气仿真模型验证规程的目的是多方面的。
首先，验证规程可以帮助确定风电机组电气系统的设计参数，例如变频器和发电机的参数，以及各种保护和控制装置的设置。
其次，验证规程可以评估和优化风电机组电气系统的性能，如电气损耗、功率因数和谐波含量等。
第三，验证规程可以验证风电机组电气系统的可靠性和稳定性，如短路能力、过电压保护和电网并联性等。
最后，验证规程可以提供风电机组电气系统的设计和运行指导，确保其符合相关的标准和规范。
第二部分：风电机组电气仿真模型验证规程的标准和步骤（大约800字）风电机组电气仿真模型验证规程需要遵循一些标准和具体的步骤。
首先，验证规程应基于国际、行业和地区的标准和规范。
例如，国际电工委员会（IEC）和中国电力科学研究院（CEPRI）等机构发布的标准可以作为指导。
其次，验证规程应包括必要的仿真软件和硬件设备。
常见的仿真软件包括MATLAB/Simulink、PSCAD和DIgSILENT等。
硬件设备可以是仿真平台、实验室设备和测试工具。
同时，验证规程应详细描述仿真模型的搭建和验证流程，包括模型参数的设置、输入源的定义和故障情景的配置等。
风电机组电气仿真模型验证规程的步骤通常可以分为以下几个部分。
首先是模型搭建，包括电气系统主要元件（如发电机、变频器和变压器等）的建模和连接。
其次是模型参数的设置，包括电气系统元件的参数和控制策略的设定。
然后是输入源的定义，如风速曲线、负荷曲线和电网电压曲线等。
接下来是故障情景的配置，包括短路故障、过电流故障和电网故障等。
基于matlab风力发电系统的建模与仿真
（ 2009 届）毕业设计（论文）题目：风力发电系统的建模与仿真学院：嘉兴学院专业：电气工程及其自动化班级：电气091学号：***********姓名：******指导教师：*******教务处制年月日诚信声明我声明，所呈交的论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得＿＿＿＿＿＿或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
我承诺，论文中的所有内容均真实、可信。
论文作者签名：签名日期：年月日授权声明学校有权保留送论文交的原件，允许论文被查阅和借阅，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以影印、缩印或其他复制手段保存论文，学校必须严格按照授权对论文进行处理，不得超越授权对论文进行任意处置。
论文作者签名：签名日期：年月日风力发电系统的建模与仿真摘要本篇论文主要介绍了风力发电机组的基本控制要求和控制策略，在定桨距风力发电机组控制系统仿真方面作了初步的探究和研究。
通过控制系统保持了风力发电机组的安全可靠运行，并实现了稳定机组输出功率和优化功率曲线的控制功能。
利用控制系统使风力发电系统在规定的时间内不出故障或少出故障，并在出故障之后能够以最快的速度修复系统使之恢复正常工作。
本篇论文主要是通过MATLAB仿真软件，建立风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型，对自建的风力发电系统控制模型进行仿真分析，验证风力发电系统控制模型的可用性，并且通过单曲线绘图对模拟结果进行分析，并利用多曲线绘图模块产生可直接用于研究报告的模拟结果图形。
关键词：风力发电系统；建模；仿真Modeling and simulation of the wind power systemABSTRACTThis 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 reliable 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 repair 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 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（ 2009 届）...........................................................我声明，所呈交的论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
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（1 ）
—— 气体的质量 ； m— —— 气体流动的速度 （ 即风速 ）； v— —— 空气密度 ； ρ— —— 单位时间内气流流过的截面积 。 S— 从式 （1 ） 可知 ， 捕获的风能大小与气流密度 、 通 风力机的功率特性和转矩特性 风力机捕获的风能不仅与风速的立方成正比 ，
的大小取决于 Cp， 而 Cp 与桨距角 β、 叶尖速比 λ 成 非线性关系 ， 表示为式 （5） ［5］。 其中 λi（i=1 ，2 ，3 ，4 ，5） 是对应 βi 分别为 5° ，10° ，15° ，20° ，25° 时的叶尖速比 的值 。 因此得到 Cpi 的计算式如式 （5）， 曲线如图 1 。
目前 ， 国内外风电场采用的变速恒频 （VSCF ） 发 电方式 ［1］具有低噪音 、 低损耗的特点 ， 在低风速时能 跟踪 Cp 最佳曲线 ， 捕获最大风能 ， 是未来风力发电 技术发展的方向之一 。 本文针对风力机能量捕获问 题 ， 阐述了风力机风能捕获的原理及其功率特性和 转矩特性 ， 在此基础上建立了风力机的输出功率和 转矩的仿真模型 ， 可为今后对风力机性能的分析提 供参考 。 式中 功率特性和转矩特性 ， 有 ［4］
TSR≤T≤TER∶VWR=AR［1-（T-TER）/（TSR-TER）］ （9） 图 2 是渐变风风速时间序列的仿真模拟结果 。 其 中 基 本 风 速 为 7 m/s ， AR =3 m/s ，TSR =1 s ，TER =4 s ， T=3 s。
过的面积及气流速度的立方成正比 。
1.2
Cpi=0.22（ 116 -0.4βi-5）eλi 1 = 1 - 0.035 λi λi+0.08βi β3i+1
12.5 λi
（5 ）
还与风力机叶片的角速度及结构有关 。 根据风力机
基金项目 ： 福建省青年科技人才创新项目 （2006F3069 ）
变速风力机有定桨距和变桨距两种 。 观察图 1 可知 ， 首先 ， 对于桨距角固定的定桨距风力机 ， 其 Cp-
T＜TSR 或 T＞TER ∶VWR=0
图1 不同 β 下 ，Cp 与 λ 的关系
λ 曲线是确定的一条曲线 ； 而对于变桨距风力机 ， 其 Cp-λ 曲线是一簇 ， 并且这些曲线随桨距角在一定范
围内的变化是上下平移 ， 但对于某个桨距角来说也 是确定的 。 其次 ， 每条 Cp-λ 曲线中 ， 对于同一个 Cp 值 ， 风力发电机组有两个运行点 ， 分别对应着高风速 和低风速两种状态 。 说明风电机组即使处于不同的 运行方式 ， 风力机叶片仍具有相同的风能转换效率 。
（1. 福州大学电气工程与自动化学院 ， 福建 闽侯 350108 ；2. 福建省水利水电勘测设计研究院 ， 福建 福州 350001 ）
摘要 ： 阐述了变速风力机的风能捕获原理 ； 分析了功率特性和转矩特性 ； 建立了风速的四分量时域模型和变 速风力机输出功率及转矩仿真模型 。 在不同风速下进行仿真 ， 结果可为风力机性能分析提供参考 。 关键词 ： 变速风力机 ； 风速模型 ； 风能捕获
- 1 -
随机风 ［12］。 正常运行时 ， 风电机组通常处于某一功率水平 ， 对应风速称为基本风速 。 为了反映风速的渐变特性 ， 可在基本风上叠加渐变风分量 VWR； 为了反映风速 的突然变化特性 ， 可在基本风上叠加阵风分量 VWG； 为了反映风速的随机扰动 ， 可在基本风上叠加随机 分量 VWN。 因此 ， 作用于风机的风速模型即为 （8 ） VW=VWB+VWR+VWG+VWN VWR 由渐变风的幅值 AR， 起始时间 TSR 和结束 时间 TER 描述 ， 其数学模型为
λ=Rw/v
PT=Cp（λ，β）A ρv ×10 2 1 T= ρπCT（λ，β）v2R3 2
3 3
（2 ） （3 ） （4 ）
1
1.1
变速风力机原理
风力机能量的捕获 ［1］ 由流体力学可知 ， 气流的动能为
E= 1 mv2= 1 ρSv3 2 2
式中
—— 叶尖速比 ； λ— —— 叶片半径 ，m ； R— —— 风力机叶片旋转角速度 ，rad/s ； w— —— 风力机的机械功率 ，W ； PT— —— 风能转换效率系数 ； Cp— — —— 叶片扫掠面积 ，m2； A —— 转矩系数 （ 桨距角 β 和叶尖速比 λ 的 CT— 函数 ）。 由式 （3 ） 可知 ， 当风速一定时 ， 风力机机械功率
Abstract ：This paper expounds the theory of wind energy capture ，analyses the power and torque characteristics, and establishes the models of four-component time-domain wind speeds and also the emulation models of output power and torque for variable speed wind turbines．Emulation is carried out under different speeds ，the results can provide a certain reference for analyzing the performance of wind turbines． Keywords ：variable speed wind turbines; wind speed model; wind energy capture 中图分类号 ： TK83 文献标识码 ： A 文章编号 ：１００６－０１７０ （２００8 ）０3－００01－０5
第 ２8 卷第 3 期
ＩＳＳＮ １００６－０１７０ ＦＵＪＩＡＮ ＤＩＡＮＬＩ ＹＵ ＤＩＡＮＧＯＮＧ ＣＮ ３５速风力机的建模与仿真
Modeling and Simulation of Variable Wind Turbines
郭永丽 1 吴 健2 温步瀛 1 江岳文 1