基于Matlab的GH_bladed软件风机外部控制器设计
基于 matlab 的直流电机建模和控制
基于 matlab 的直流电机建模和控制
随着现代工业技术的发展,电机的重要性也在不断增加。
特别是直流电机,由于其安全性、精确性和稳定性,正在被广泛应用。
因此,研究直流电机的建模和控制显得尤为重要。
本文介绍了基于 Matlab直流电机建模和控制方法。
首先,作者介绍了直流电机的基本原理,包括电机类型、构造、励磁方式、发动机特性等。
然后,作者介绍了如何使用 Matlab立直流电机模型,使用不同的软件工具进行计算,包括 Simulink 、 Fuzzy Toolbox 、Stateflow 、 Real-Time Workshop,并讨论了这些工具如何被用来建立直流电机模型和控制系统。
最后,作者提出了在 Matlab 中实施直流电机建模和控制的几个建议,包括使用解析法、数值积分、搜索方法、建立状态空间和线性控制等。
本文所介绍的基于 Matlab直流电机建模和控制方法具有明确的理论和实际应用价值。
首先,它可以更好地解读直流电机的原理,进而为直流电机的运行提供依据。
其次,Matlab供的功能强大的软件工具可以有效地提高建模和控制系统的精确度。
最后,通过运用特定的数学算法,可以有效地改善控制系统的性能。
总体而言,基于 Matlab直流电机建模和控制是一项重要的研究工作,它可以对直流电机的建模和控制提供有效的支持。
未来的研究工作可以尝试研究异步电机、交流电机以及其他电机类型的建模和控制,以及探索如何在多机协同的情况下进行建模和控制,以满足现代社会和工业的要求。
GH Bladed 理论手册
GH理论手册1.绪论目的GH Bladed 是一个关于风力发电机性能和负载计算的集成软件包。
应用于以下方面:●风力发电机初步设计●详细设计及部件规范●风力发电机的验证本软件有着尖端的用户绘图界面,允许用户直接完成下列任务:●所有风机参数,风速输入和载荷的规范。
●稳态特性的快速计算,包括:◇空气动力学数据◇性能系数◇功率曲线◇稳定运行载荷◇稳定停机载荷●完成以下动态仿真:◇正常运行◇启动◇正常与紧急停车◇空转◇停车◇动态功率曲线●所得结果的后期处理:◇基本统计◇周期分量分析◇概率密度,峰值和平面交叉分析◇谱分析◇交叉普,一致性和传递功能分析◇雨流周期计算和疲劳分析◇变量的集合◇产生的年功率◇最终载荷(恶劣状况的可鉴别性)◇严重闪变●陈述:结果可以以图解形式描述或整理成文字报告。
理论背景GH计算风机性能和载荷的方法已经研发了好多年。
这种主要的研发目标已经取得了用于风机设计和验证的可靠工具。
本软件中的模型和理论方法已经通过许多不同型号和配置的风机的监控数据被加以验证,包括:●WEG MS-1,UK,1991●Howden HWP300andHWP330,USA,1993●WCN 25m HA T,Netherland,1993●Newinco 500Kw, Netherland,1993●Nordex 26m,Denmark,1993●Nibe A, Denmark,1993●Holec WPS30,Netherlands,1993●Riva Calzoni M30,Italy,1993●Nordtank 300KW, Denmark,1994●WindMaster 750kw, Netherlands,1994●Tjaereborg 2MW, Denmark,1994●Zond Z-40,USA,1994●Nordtank 500KW,UK,1995●V estas V27,Greece,1995●Danwin 200kw,Sweden,1995●Carter 300kw,UK,1995●NedWind 50,1MW, Netherlands,1996●DESA,300KW,Spain 1997●NTK 600,UK,1998●West Medit,Italy,1998●Nordex 1.3MW,Germany,1999●The Wind Turbine Company 350kw,USA,2000●Windtec 1.3MW,Austria,2000●WEG MS-4400KW,UK,2000●EHN 1.3MW,Spain,2001●V estas 2MW,UK,2001●Lagerwey 750 Netherlangds,2001●V ergnet 200,France 2001这些文献描述了GH Bladed 软件中不同模型和具体的数字方法的理论背景。
基于Matlab的GH_bladed软件风机外部控制器设计
3 基于 Matlab/Simulink 的风力发电机仿真实现 ......................
3.1 3.2 3.3 3.4
基于 Matlab/Simulink 的风力发电机性能仿真研究 .......................... 16 基于 Matlab/Simulink 的风力发电机的仿真方法 ............................ 18 基于 Matlab/Simulink 建立风力发电机的仿真模型 .......................... 18 基于 Matlab/Simulink 建立风力发电机外部控制器的仿真模型 ............... 27
Key words: wind power,MATLAB software,model simulation,GH bladed software
基于 Matlab 的 GH bladed 软件风机外部控制器设计
III
目
录
1 绪论 ............................................................................ 1
基于 Matlab 的 GH bladed 软件风机外部控制器设计
I
摘
要
风力发电作为新兴能源,近几年受到了世界各国研究人员的广泛关注。欧、美、日 等发达国家地区已有不少成功经验,并在着手兴建大型化的风电场。在设计、建造和运 营风电场的过程中,需要应用大量的新技术,而其中一个重要的技术工具就是相配套的 设计和运行软件。其中 Matlab/Simulink 和 GH bladed 软件就是常见的风力发电机仿真 软件,本文采用 Matlab/Simulink 软件对其进行建模。本文建立了风力发电系统数学模 型,并用 Matlab/Simulink 软件对这些模型进行了仿真,根据变速风力发电力机的静态性 能特点,采用 Matlab/Simulink 软件对其进行建模,并给变速风力发电机组风力机输入 模拟变速风速进行仿真研究,给出了风力发电机的静态性能数据和仿真波形。证明了这 些模型的正确性,说明了风力发电系统的仿真在对风力发电系统分析中的重要作用。
Matlab_Simulink环境下变风量空调系统风机控制的仿真研究
(i=0,1,2,3,4)是需要根据厂商提供的风机风量压头曲线拟合得到的参数。 封装后的风机模块包括: 输入信号:1)风机频率 2)风量 自身属性参数:1)空气密度 2)额定频率 3)额定转速 4)最大/最小风量 5)曲线拟合参数; 输出信号:风机压头。
2.5 风机变频器控制模块 对于送风机控制方法为定静压和变定静压的变风量系统,变频风机控制器是根据风管实测静 压值与静压设定值采用 PID 控制器来调节风机的转速。 模型结构如下图:
(5) (6) (7)
(8)
其中 kd 是一个和叶片形式有关的常量,Ropen 为阀门全开时的阻力。 主副控制器,分别采用了 PI 以及 P 控制器,采用一步整定法进行了参数整定[8]。 最后得到的压力无关型末端模型如图 5 所示,封装后得到的模块以及连接示意如图 6
1 duct pressure
1 damper position
Matlab/Simulink 环境下变风量空调系统风 机控制的仿真研究
张洁1 潘毅群 2 黄治钟 2
1.同济大学机械工程学院;2.同济大学中德工程学院
摘要:本文通过对变风量空调系统各个部件以及其控制系统进行分析,得到数学模型,在 Matlab/Simulink环境下实现,并采用子系统封装技术使其模块化。在这些模块的基础上搭建 变风量空调系统风机控制方法研究的仿真平台。对一典型办公楼标准层变风量空调系统进行 了仿真实验,比较了定静压和变定静压两种不同的风机控制策略。
末端入口 静压
负荷
+-
PID控制器
风阀开度信号
风阀模块
风量信号
房间温度模块
温度传感器
图 3 压力相关型末端控制原理图
图 4 压力无关型末端控制原理图 以压力无关型为例,末端装置模型中主要包括了主控制器、副控制器、风阀、风量传感器、温度 传感器。其中风量、温度传感器均采用一阶惯性环节来近似。风阀的流量特性可以用(3)式来 表示[6]:
基于MatlabSimulink的风力机性能仿真研究[1]
能源研究与信息第22卷 第2期 Energy Research and Information V ol. 22 No. 2 2006收稿日期:2005-10-14作者简介:高 平(1980-),男(汉),硕士研究生,gaopingping1980@ 。
文章编号: 1008-8857(2006)02-079-06基于Matlab/Simulink 的风力机性能仿真研究高 平,王辉,佘岳,李龙文(湖南大学 电气与信息工程学院, 长沙 410082)摘 要: 随着风力发电技术的发展,变速风力发电技术成为了风力发电发展的趋势。
风力机作为变速风力发电机组的重要部分,其性能影响到风力发电机组的整体性能。
根据变速风力机的静态性能特点,采用Matlab/Simulink 软件对其进行建模,并给变速风力发电机组风力机输入模拟变速风速进行仿真研究,给出了风力机的静态性能数据和仿真波形。
结果表明:通过调节影响风力机性能的各因素,保持发电机的转速与主导风速之间特定的最优比例系数,使得风力机保持在最佳叶尖速比下运行,跟随变速风速可实现最大风能捕获;对变速风力机的静态性能研究建模方法是正确可行的。
关键词: 变速风力发电; 转矩系数; 功率系数; 仿真 中图分类号: TK83文献标识码: A世界各国日趋关注环境与发展的问题,许多发达国家把可再生能源作为能源政策的基础,风能的利用是发展很快的一个领域,如今大型风力发电机在提供经济的清洁能源与公用电网展开了竞争。
从1890年美国农村第一个风力发电机投运并开始生产电能,现在在欧洲风能利用以每年36%的量增长,风电技术也发展的很快,如今风力涡轮机平均容量是300 kW~600 kW 。
已开发出1 MW~3 MW 的风力机并在世界范围内安装,更高容量的原型机正在开发中[1~2]。
变速恒频风力发电技术因其具有低噪音、低损耗,且变速恒频风力发电机能在低风速时能跟踪C pmax (λ,β )最佳曲线以获得最大限度捕获风能的能力,是风力发电技术发展的方向[3]。
基于Bladed硬件测试软件的风机仿真与测试
创新与实践TECHNOLOGYANDMARKETVol.27ꎬNo.11ꎬ2020基于Bladed硬件测试软件的风机仿真与测试刘小艳ꎬ李华银ꎬ邓志海(四川东方电气自动控制工程有限公司ꎬ四川德阳618000)摘㊀要:介绍一种针对国产主控进行的基于GHBladed硬件测试软件的风机仿真与测试技术ꎮBladed硬件测试模块是一个通用的多功能平台ꎬ能够帮助风机测试和联合仿真技术有效应用于实际工程中ꎮ主要应用GHBladed硬件测试模块来进行国产风机控制器的风机模型联合仿真ꎬ对风场现场测试的技术进行详细介绍ꎮ关键词:Bladed硬件测试ꎻ仿真ꎻ风场测试doi:10.3969/j.issn.1006-8554.2020.11.0060㊀引言为了要确保风力机在其设计寿命内能够正常地运行ꎬ首先必须对风力发电机组的系统性能展开分析研究ꎬ而这些系统性能必须通过对系统各个部件的测试来完成[1]ꎮGHBladed硬件测试模块是一个多功能通用型的控制回路测试平台ꎮ利用这个模块可以将风机仿真软件与硬件或软件系统进行连接ꎬ如图1所示ꎬ这些系统包括PLC控制系统㊁HMI㊁SCADAꎮ风机仿真模型与软件接口模拟量或者总线通道Bladed硬件测试平台PLC直线通过总线与PC通信HMISCADA物理通道图1㊀GHBladed的硬件测试连接图㊀㊀GHBladed的硬件测试就能使得仿真系统与实际控制系统结合ꎬ预期的嵌入式平台上运行规范的示范试验ꎮ而更加重要的是ꎬ此系统不受空间和时间的限制ꎬ既可以在实验室ꎬ还可以在工厂调试阶段ꎬ亦或者是在现成ꎮ如图1所示ꎬ硬件测试能够应用于控制系统的条件包括:软件本身ꎬ控制器ꎬHMIꎬSCADA和相应的PLC支持的通信方式ꎮ而这些通信方式可以是物理I/O式的模拟量通道ꎬ或者是PLC支持的各类总线ꎮ在GHBladed硬件测试模块来说ꎬ它本身支持各类总线方式ꎬ还与一些通用的软件或者硬件测试仪器互相支持ꎬ如MATLABꎬNationalInstrumentsꎮ而这个接口是开放的ꎬ可以通过培训的方式获取接口开发的能力ꎮ这样的广泛的接口ꎬ就为那些开发初期没有考虑相关软硬件测试系统的样机或者产品的测试和维护提供了条件ꎮ本文对GHBladed硬件测试模块在国产控制器DMNCL001A进行的测试应用进行介绍ꎮ1㊀测试工程介绍在GHBladed硬件测试模块中可以建立各种测试工程用例ꎬ在国产控制器DMNCL001A的应用主要是为了测试变增益[2]控制环的性能ꎮ所以根据这个需求ꎬ就需要和控制环数据来源的设备进行通讯ꎬ其次在测试工程中模拟风机各个流程信号的变化ꎬ并且添加所需要的扰动和工况ꎮ1 1㊀添加工程对于测试系统来说ꎬ首先要建立自己需要的测试工程ꎬ也就是建立TestProceduresꎮ在这个测试过程中ꎬ根据自己测试目的来决定添加的步骤ꎬ它的过程类似与命令行式编程ꎮ在实验室测试中主要需要对风机外部逻辑进行模拟ꎬ如变频器握手信号ꎬ并网信号或低穿信号ꎮ1 2㊀添加设备在工程中添加的设备泛指信号来源的载体ꎬ它可以是一个81技术与市场创新与实践2020年第27卷第11期DLLꎬ可以是一个软件ꎬ或者一台PLCꎮ在这里比较重要的就是选项Settings中刷新周期和通信协议的接口选择ꎬ他们都以提供信号的设备为准ꎮ同时ꎬ在DeviceChannels中则添加上需要的信号ꎬ在Mapping中则是添加各类设备之间的信号软接线关系ꎮ1 3㊀逻辑处理只有Procedures和信号添加ꎬ很可能不能满足程序的信号处理要求ꎬ因此善于利用Scripts选项是比较重要的ꎬ在这里可以进行各类数据处理或者工具程序的编写ꎮ在刷新设备的同时ꎬ这个设备下的Scripts的程序也会被执行ꎮ2㊀实验室风机仿真2 1㊀实验室风机控制软件系统仿真介绍由于GHbladed硬件测试模块提供了与真实控制器进行环路连接的条件ꎬ于是在实验室中ꎬ设计厂家就可以采用这种连接方式实现半模拟半真实的控制器软件的测试工作ꎮ这样的工作的价值是显而易见的ꎬ它可以提前对控制器中的算法模块的各类性能进行测试ꎬ使用现有的国际标准ꎬ对风机极限风况进行测试ꎬ而实验室采用bladed等软件模拟的风机运行工况ꎬ在现实中往往很难捕捉ꎬ而采集到的数据也可以存储成各类软件解析的形式ꎬ以便进行更加详细的分析ꎮ同时ꎬ还可以进行风机各类控制逻辑层的仿真ꎬ如启机流程㊁低穿流程㊁各类停机流程ꎮ2 2㊀测试环节所必需的接口本节主要以国产控制器上采用的硬件测试为实例ꎬ介绍前期使用的经验和结果ꎮ图2是测试环节中所采用的接线图ꎮBladed Hardware Test Modulegeneratorspeedpitch systempowerconverterrotor speed……Nacelle foreaftand sidesideaccelerationDTC PLCmodbusTCP/IPBladedHardwareTestModulemodbus485图2㊀实验室接线图2 3㊀软件修改实验室测试下ꎬ为了保证程序最小系统的运行ꎬ需要对程序进行相关的修改ꎮ因此此次测试主要是为了测量变桨和变频器两个控制环的响应ꎬ因此在测试的过程中ꎬ对风机限位开关信号ꎬ变桨停止角度ꎬ偏航状态ꎬ各处温度报警这些不相关的数据量都做了屏蔽或者直接手动输入的处理ꎮ但是如果需要做的是偏航算法的验证工作ꎬ那么就需要模仿现场的输入情况就偏航系统的输入量进行编程ꎮ2 4㊀测试结果在这个实验中ꎬ可以对很多变量进行自由的设置和测试ꎬ图3和图4就为在极限风况给定下[3]ꎬ查看转速是否能被及时的调节下来而不超速ꎮ从图中可以看出ꎬ转速反应良好ꎬ波动并不大ꎮ3㊀风机测试样机生产过程中ꎬ常常需要对新编写的控制软件进行工厂级的初调ꎻ在样机刚达到风场的时候ꎬ也需要对风机控制系统进行详细的测试和调试ꎻ风机运行时间长了以后ꎬ由于工况的变化ꎬ系统特性会发生改变ꎬ此时也需要对风机系统进行故障的排除ꎬ或者性能的重整维护ꎻ在这些过程中ꎬ都需要利用充分的测试来达到目的ꎮ下面就2011年5月在云南杨梅上风场所做的风机测试为例进行说明ꎮ这次测试主要是为了测试现场风机在扰动下的运行数据ꎬ便于系统动态特性的分析ꎮ图3㊀特殊风况给定rad/s20018016014012010080604020Measured Generator Speed00.51 1.52 2.53S×104图4㊀转速在风速扰动下的输出3 1㊀测试环节所必需的接口具体与仿真软件和风机的连接端口ꎬ如图5所示ꎮwindturbinegeneratorspeedpitch systempowerconverterrotor speed……Nacelle foreaftand sidesideaccelerationDTC PLCBladedHardwareTestModulemodbus485set of IOset ofAIOmodbusTCP/IP图5㊀风场测试实验接线图3 2㊀测试结果如图6所示ꎬ在测试中可以方便地给变桨信号[4]ꎬ变频信91创新与实践TECHNOLOGYANDMARKETVol.27ꎬNo.11ꎬ2020号给出想要的扰动ꎬ可以是阶跃信号㊁斜坡信号ꎬ甚至是正弦信号ꎮ主要看当时的风况和风机的承受能力而定ꎮ图7就是得到的转速的信号值ꎮ这个信号值可以从软件中导出成matlab信号数据ꎬ从而进行下一步的分析处理ꎮ图6㊀变桨带扰动的输入值㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图7㊀转速在变桨扰动下的输出4㊀结语基于Bladed硬件测试软件的风机仿真与测试技术确实为各种场合下的风机测试工作提供了非常重要的条件ꎮ它的灵活的接口使得它成为各类系统提供了交互和通信的平台ꎬ同时实验室与风场的测试工作可以对接和比较ꎬ有利于问题及早发现ꎬ避免了在风场等待各类风况ꎬ或者等不到风况的尴尬ꎬ节约了人力物力成本ꎬ使得许多试验变得可能和容易ꎮ参考文献:[1]㊀何显富ꎬ卢霞ꎬ杨跃进ꎬ等.风力机设计㊁制造与运行[M].北京:化学工业出版社ꎬ2009.[2]㊀丘静ꎬ徐大林ꎬ孔屹刚.风电机电动变桨距系统变增益模糊控制仿真研究[J].华东电力ꎬ2011ꎬ4(11):631-635. [3]㊀李娟ꎬ刘江波ꎬ冯红岩.风况仿真设定对风机载荷计算的影响[J].机械设计与制造ꎬ2012(5):194-196. [4]㊀孔屹刚ꎬ徐大林ꎬ顾兆丹ꎬ等.水平轴风力机变桨载荷分析与计算[J].江苏大学学报(自然科学版)ꎬ2010(6):635-639.(上接第17页)㊀㊀(5)目前在段运用机车一系轴箱横向止挡间隙比出厂值普遍偏大ꎬ研究表明ꎬ端轴轴箱止挡间隙的增大ꎬ会影响机车的平稳性ꎬ产生相对较大的轮轨横向力ꎬ对轮缘磨耗产生不利影响ꎮ转向架以最大偏斜位置通过曲线是轮缘磨损最大的时候ꎬ尤其是在持续长大坡道通过曲线时ꎬ导致导向轮对轮缘力较大ꎬ使轮缘磨损增加ꎮ5㊀改进措施1)在日常维护保养时注意及时调整轮缘润滑装置角度ꎬ尽可能使轮缘润滑装置润滑棒接触轮缘ꎬ而非偏向车轮踏面ꎮ2)为了改善轮缘润滑效果ꎬ对比硬度不同的干式轮缘润滑装置(脂)ꎬ对该类异常轮缘部位裂纹的抑制效果ꎬ选择可降解且硬度相对较低的干式轮缘润滑装置(脂)ꎬ通过试验验证是否能够有效改善轮轨间恶劣的接触关系ꎮ3)请协调工务部门获取目前格拉线轨道线路数据ꎬ如钢轨廓形㊁轨道加宽㊁曲线超高㊁轨底坡等数据ꎮ另外ꎬ鉴于车轮异常磨损的普遍性ꎬ钢轨也必然会出现类似的现象ꎬ一并向工务部门获取相关信息ꎬ并研究重点关注区段实地考察的可行性ꎮ4)联系制造厂与相关大学牵引动力实验室沟通ꎬ分析HXN3高原型机车的动力学性能分析ꎬ从理论上分析不同编组型式的机车在格拉线上的动力学性能对轮缘异常磨耗的影响ꎮ6㊀结语为使HXN3高原型机车能够适应不用条件下的运用线路ꎬ能够为格拉段提供更好的运用动力ꎬ与制造厂联合立项攻关ꎬ通过后续工作的持续进行ꎬ可以使轮缘裂纹的问题尽快得到抑制或解决ꎮ参考文献:[1]㊀鲍维千.机车总体及转向架[M].北京:中国铁道出版社ꎬ2010.02。
基于Bladed与Matlab的风力发电机组控制器设计
针对风力发电机组控制器的设计过程中,转速控制器、功率控制器以及变桨控制器参数调整困难、控制效果不理想等问题,本文采用matlab 软件自带单纯形法对控制器PID 参数进行寻优整定。
同时通过bladed 软件进行风电机组的仿真及性能分析,进一步验证该方法的正确性,仿真结果表明:通过使用bladed 软件与matlab 软件相结合的控制器设计方法,可以获取较优的控制器参数,满足控制器设计的实际需求。
标签:bladed;matlab;风力发电机组;控制器;PID 参数寻优0 引言风力发电机组是一个体积庞大、结构复杂,并且连续随机的非线性多变量系统,直接对风电机组进行建模比较困难,也无法进行进一步的控制器的设计[1]。
根据风电设计领域相关软件的特点,本文采用GL 公司提供的Bladed 软件来建立和获取风力发电机组的数学模型,通过对模型的线性化分析处理,结合matlab 软件进行风力发电机组控制器的设计。
1 风力发电机组模型组建风力发电机组是一个多变量的非线性系统,其精确的数学模型的建立是十分困难的,动态特性也是由构成机组各部件的动态特性相互藕合而成。
各部件的模型包括风速、叶轮、机舱、传动链、发电机、塔筒等,且各部件的动态特性都比较复杂,若不通过相关专业软件进行建模而分别建立其数学模型再将其组合起来形成整机动态模型将会使整个设计工作变得非常困难[2]。
通过GL Bladed 软件中的模态线性化功能模块能有效快速地建立起风力发电机组动态数学模型,同时还能将风电机组整合成线性模型,有利于控制器的设计。
因此,有效利用该软件可减少设计者的工作量,缩短控制器的设计周期。
(1)Bladed 软件模态线性化设置。
Bladed 模态线性化模(Model Linearisation) 如图1 所示。
根据软件要求,需要设置风能相关常数 (Physical Constants)、叶轮相关设计参数(Rotor configuration)、叶片相关参数(Blade geometry)等,同时还需配置传动链相关参数(Drive train)、发电机(Generator)、控制系统参数和变桨执行器参数[3],以上对应参数均可从整机设计手册上查阅到。
GH+Bladed+理论手册
GH理论手册1.绪论1.1目的GH Bladed 是一个关于风力发电机性能和负载计算的集成软件包。
应用于以下方面:●风力发电机初步设计●详细设计及部件规范●风力发电机的验证本软件有着尖端的用户绘图界面,许用户直接完成下列任务:●所有风机参数,风速输入和载荷的规范。
●稳态特性的快速计算,包括:◇空气动力学数据◇性能系数◇功率曲线◇稳定运行载荷◇稳定停机载荷●完成以下动态仿真:◇正常运行◇启动◇正常与紧急停车◇空转◇停车◇动态功率曲线●所得结果的后期处理:◇基本统计◇周期分量分析◇概率密度,峰值和平面交叉分析◇谱分析◇交叉普,一致性和传递功能分析◇雨流周期计算和疲劳分析◇变量的集合◇产生的年功率◇最终载荷(恶劣状况的可鉴别性)◇严重闪变●陈述:结果可以以图解形式描述或整理成文字报告。
1.2理论背景GH计算风机性能和载荷的方法已经研发了好多年。
这种主要的研发目标已经取得了用于风机设计和验证的可靠工具。
本软件中的模型和理论方法已经通过许多不同型号和配置的风机的监控数据被加以验证,包括:●WEG MS-1,UK,1991●Howden HWP300andHWP330,USA,1993●WCN 25m HA T,Netherland,1993●Newinco 500Kw, Netherland,1993●Nordex 26m,Denmark,1993●Nibe A, Denmark,1993●Holec WPS30,Netherlands,1993●Riva Calzoni M30,Italy,1993●Nordtank 300KW, Denmark,1994●WindMaster 750kw, Netherlands,1994●Tjaereborg 2MW, Denmark,1994●Zond Z-40,USA,1994●Nordtank 500KW,UK,1995●V estas V27,Greece,1995●Danwin 200kw,Sweden,1995●Carter 300kw,UK,1995●NedWind 50,1MW, Netherlands,1996●DESA,300KW,Spain 1997●NTK 600,UK,1998●West Medit,Italy,1998●Nordex 1.3MW,Germany,1999●The Wind Turbine Company 350kw,USA,2000●Windtec 1.3MW,Austria,2000●WEG MS-4400KW,UK,2000●EHN 1.3MW,Spain,2001●V estas 2MW,UK,2001●Lagerwey 750 Netherlangds,2001●V ergnet 200,France 2001这些文献描述了GH Bladed 软件中不同模型和具体的数字方法的理论背景。
MATLAB在风电设备设计中的应用
气动性能计算及其基本方案
风轮性能计算主要包含: 功率、 转矩、 轴向推力及对应的风
能利用系数、 转矩系数、 推力系数。 在考虑叶梢损失系数 F 的 情况下, 风轮半径 r 处叶素上的轴向推力、 转矩、 功率为:
{
dT = m( V1 - V2 ) = 4 πρrV2 1 ( 1 - a) adr dM = mr2 ω = 4 πρr3 V1 Ω( 1 - a) bdr dP = Ω·dM = 4 πρV1 Ω ( 1 - a) br dr
185
针对某一指定的运行状态 λ o , 对于每一给定的 r 或 λ 值, 可 b, 计算步骤如下: 以用迭代法计算 a、 ( 1 ) 赋给 a 和 b 一个初始值; ( 2 ) 由式( 9 ) 和式( 10 ) 计算 和 F; CY ; ( 3 ) 由式( 12 ) 和式( 13 ) 计算 C X 、 ( 4 ) 由式( 14 ) 和式( 15 ) 计算 a、 b; ( 5 ) 回到第( 2 ) 步重新迭代。 b 及梢部损失系数 当以上迭代收敛, 各截面的干扰因子 a、 F 就可求得。再利用式( 7 ) 计算功率、 转矩、 轴向推力, 完成风轮 的性能计算。
给出了程序框图。将所开发程序应用于机械工程, 获得了良好的效果。 设计计算和性能计算的程序, 关键词 中图分类号 MATLAB TP317 优化设计 风力机 A
文献标识码
APPLYING MATLAB IN WIND POWER DEVICE DESIGN
Liu Yang1
1 2
Jia Bin2
( School of Computer and Information Engineering, Inner Mongolia Normal University, Huhhot 010022 , Inner Mongolia, China) ( Inner Mongolia Electric Power Scientific Research Institute Communication Office, Huhhot 010020 , Inner Mongolia, China)
基于Bladed和MATLAB的风机联合建模与仿真
・
6 8 ・
机 械 工 程 与 自 动 化
2 0 1 3年 第 5期
1 限 制 l = 警 喜 - Ⅱ t 轮 气 动 建 模 的 效 率 , 利 于 工 程 实 现 。 2 建 立整机控 制 系统模 型 。一 …
相较 基 于经验公 式 的模 型 识 别 方 法 , 本方 法 省 去
了复杂 繁琐 的经验 公 式 迭代 过 程 , 不 受 翼 型类 型变 化
作 者 简 介 :刘 国 祥 ( 1 9 8 6 一 ) ,男 ,山 东 济 南 人 ,在 读 硕 士 研 究 生 ,研究 方 向为 风 电 控 制 工 程 。
一
1 风 电机组 建模
风 电机 组建 模通 常 是采 用不 同的数 学模 型来表 示 机组 各 部件 的物 理原 理 , 用来 理解 、 分析 和表示 系统 的 动态 特性 。
1 . 1 叶 轮 气 动 模 型
根据 叶轮 受 力分 析 , 将 叶 轮 简化 为 一个 同时 承 受 气 动 转矩 和气 动 推力 的部 件 , 并 根 据 叶 素 ~动 量 定 理 和动 力学 方程 建 立 叶轮气 动模 型 。式 ( 1 ) ~式 ( 3 ) 描 述 的是 叶轮 气动 数学 模 型 :
1 .
图 1 应用 B l a d e d和 MA TL A B平 台 建 立 的 叶 轮 气 。………… ( 1 )
收稿 日期 :2 0 1 3 — 0 4 — 2 8 ;修 回日期 :2 0 1 3 — 0 5 — 0 8
摘 要 :首 先 使 用 B l a d e d平 台计 算 翼 型 的 气 动 参 数 , 将 数 据处 理 后 导入 MAT L AB平 台 ;再 基 于 叶素 ~ 动 量 定
基于bladed的风力发电机组变速变桨控制参数整定方法
基于bladed的风力发电机组变速变桨摘要:针对风力发电机组设计和改型过程中,变速变桨控制器参数调整困难、控制效果不理想等问题,本文采用最优控制和单纯形法对控制器PID参数进行联合整定。
并通过bladed软件进行载荷仿真及性能分析,进一步验证该方法的正确性,结果表明:通过使用该方法,可以获取较优的控制器参数,满足设计及改型的实际需求。
关键词:bladed,风力发电机组,变速变桨控制,PID参数整定Parameters Setting Method for Variable Speed Pitch Control of WindTurbine based on BLADEDAbstract: Focusing on the difficulties in parameters adjustment for variable speed pitch controller and poor control performance in the process of Wind Turbines design and remodeling, in this thesis the optimal control scheme and simplex algorithm are applied to jointly set the PID parameters of the controller, and BLADED is used for load simulation as well as performance analysis in order to further check the accuracy of the employed method. The result shows that with the said method, it can obtain comparatively reliable parameters of the controller and to meet the requirements of turbine design and remodeling as well.Key words: bladed, wind turbine, variable speed pitch controller, PID parameters tuning1 引言近年来风力发电行业发展迅猛,多类风力发电机组应运而生,其中变速变桨风力发电机组应用最为广泛。
GH Bladed 理论手册
GH Bladed 理论手册1.绪论1.1目的GH Bladed 是一个关于风力发电机性能和负载计算的集成软件包。
应用于以下方面:●风力发电机初步设计●详细设计及部件规范●风力发电机的验证本软件有着尖端的用户绘图界面,允许用户直接完成下列任务:●所有风机参数,风速输入和载荷的规范。
●稳态特性的快速计算,包括:◇空气动力学数据◇性能系数◇功率曲线◇稳定运行载荷◇稳定停机载荷●完成以下动态仿真:◇正常运行◇启动◇正常与紧急停车◇空转◇停车◇动态功率曲线●所得结果的后期处理:◇基本统计◇周期分量分析◇概率密度,峰值和平面交叉分析◇谱分析◇交叉普,一致性和传递功能分析◇雨流周期计算和疲劳分析◇变量的集合◇产生的年功率◇最终载荷(恶劣状况的可鉴别性)◇严重闪变●陈述:结果可以以图解形式描述或整理成文字报告。
1.2理论背景GH计算风机性能和载荷的方法已经研发了好多年。
这种主要的研发目标已经取得了用于风机设计和验证的可靠工具。
本软件中的模型和理论方法已经通过许多不同型号和配置的风机的监控数据被加以验证,包括:●WEG MS-1,UK,1991●Howden HWP300andHWP330,USA,1993●WCN 25m HA T,Netherland,1993●Newinco 500Kw, Netherland,1993●Nordex 26m,Denmark,1993●Nibe A, Denmark,1993●Holec WPS30,Netherlands,1993●Riva Calzoni M30,Italy,1993●Nordtank 300KW, Denmark,1994●WindMaster 750kw, Netherlands,1994●Tjaereborg 2MW, Denmark,1994●Zond Z-40,USA,1994●Nordtank 500KW,UK,1995●Vestas V27,Greece,1995●Danwin 200kw,Sweden,1995●Carter 300kw,UK,1995●NedWind 50,1MW, Netherlands,1996●DESA,300KW,Spain 1997●NTK 600,UK,1998●West Medit,Italy,1998●Nordex 1.3MW,Germany,1999●The Wind Turbine Company 350kw,USA,2000●Windtec 1.3MW,Austria,2000●WEG MS-4400KW,UK,2000●EHN 1.3MW,Spain,2001●Vestas 2MW,UK,2001●Lagerwey 750 Netherlangds,2001●Vergnet 200,France 2001这些文献描述了GH Bladed 软件中不同模型和具体的数字方法的理论背景。
基于MatlabSimulink的风力机特性仿真
图1 风机结构功率系数C p,本文选择参考文献2中的C p。
(1)式(2)中R w为风力机叶片半径,n为风力机转速ωr为风力机的角速度,N齿轮箱增速比,度。
2 风力机性能simulink模型2.1 最大功率系数C p max的计算从式(1)可得到,当风力机桨矩角定时,当风速不同时,只需控制风力机叶尖速比λ在合适的范围,这样就能得到风力机最大功率系数,从而变速风力机能图2 文献1中的C p max求解图3 本文中的C p max求解图4 C p max matlab模型图5 风力机性能matlab模型图6 风力机整体仿真图6978ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD2018.10行建模,风速v 和风力机的角速度ωr 作为输入量,风力机的叶尖速比 λ、功率系数C p 、风力机捕获的有效功率P m 和风力机机械转矩T L 作为输出。
在模型建立起来后,对风力机的性能进行仿真。
2.4 风力机性能模拟仿真matlab图将风力机matlab 模型进行封装,再把与风力机各参数输入封装的风力机模块中,变速风力发电机组的仿真整体matlab 模型如图6所示。
图7 风力机性能曲线图8 风速v曲线图9 风力机输出转矩图10 风力机输出功率空气密度β为变速风速为0~14.5matlab/Simulink 行建模仿真分析。
和C p max ,求得风机的转速与风速之间的比例系数最佳比例系数下,捕捉,得到风力机的静态仿真波形参考文献:[1]高平, 王辉, 佘岳,等. 基于Matlab/Simulink的风力机性能仿真研究[J]. 能源研究与信息, 2006, 22(2):79-84.[2] 任永峰. 双馈式风力发电机组柔性并网运行与控制[M]. 机械工业出版社, 2011.了本地反馈电阻,以实现电路的自偏置,稳定直流偏置点。
而且,在第三级电路中,在电流偏置晶体管旁边并联一个电容,以改善电路增益以及差分信号的相位,基于TSMC 0.13 μm CMOS 工艺对该LNA 进行仿真设计,仿真得到所提出的LNA 取得了17.4 dB 参考文献:[1]Guo B Q, Chen J, Li L, et al. A Wideband Noise-Canceling CMOS LNA With Enhanced Linearity by Using Complementary nMOS and pMOS Configurations [J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2017, 52(5): 1331–1344.[2]Nikandish G, Yousefi A, Kalantari M. A Broadband Multistage LNA With Bandwidth and Linearity Enhancement [J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2016, 26(10): 834–836.[3]Wang S B T, Niknejad A M, Brodersen R W Desgin of a sub-mW 960 MHz UWB CMOS LNA [J]. IEEE J. Solid-State Circuits, 2006, 41(11): 2449–2456.[4]Huang G, Kim S K, Kim B S. A wideband LNA with active balun for DVB-T application [J]. IEEE J. Solid-State Circuits, 2016, 51(2): 421–424.[5]Blaakmeer S C, Klumperink (上接第63页)。
GH Bladed软件在控制系统软件测试中的应用研究
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桨 距 角 、最 大 桨 距 角 、额 定 转 矩 和 额 定 转 速 等 。
统相关数据,首先需 要 按 照 预 设 的 协 议 在 控 制 器 内 部 通道生 成 对 应 的 GH Bladed HardwareTest配 置 文 件 ,然 后 利 用 该 软 件 将 测 试 配 置 文 件 导 入 其 中 ,自 动 生 成 对应的 WindeyController和 WindeyStateEnums, 前者为控制软件对 应 的 通 道,后 者 为 控 制 软 件 状 态 的 名称。如风电机组模 型 数 据 读 写 机 制 一 样,同 样 需 要 设置控制器通 道 的 属 性 以 及 与 Bladed 风 机 模 型 的 同 步 关 系 ,如 图 6 所 示 。
图1 GH Bladed软件测试过程 中,稳 态 风 主 要 用 于 稳 态 下 软 件 功 能 测 试 ,如 大 风 启 机 过 程 与 小 风 启 机 过 程 等 ;湍 流 风 与瞬时风主要用于 暂 态 下 的 功 能 测 试,如 变 桨 系 统 响 应 测 试 、转 矩 响 应 测 试 以 及 算 法 仿 真 测 试 等 。 1.2 风 电 机 组 控 制 系 统 模 块
GH Bladed软件是英国 GarradHassanandPart nersLimited公司开发的用 于 风 电 机 组 设 计 的 专 业 软 件,主要应用于风电 机 组 稳 定 分 析、模 态 分 析、时 域 动 态仿真、控 制 系 统 开 发、整 机 载 荷 计 算 和 载 荷 后 处 理 等,关于其 在 控 制 系 统 软 件 测 试 中 的 应 用 报 道 甚 少。 针对传 统 测 试 方 法 的 局 限 性,本 文 提 出 了 利 用 GH Bladed 软 件 进 行 控 制 系 统 软 件 测 试 的 新 方 法 。 1 犌犎 犅犾犪犱犲犱 测 试 应 用 技 术
Matlab技术在控制器设计中的应用
Matlab技术在控制器设计中的应用控制器设计是现代自动控制领域的核心内容之一。
随着科技的不断发展,控制器设计也得到了极大的发展和应用。
Matlab作为一种功能强大的数学建模和仿真工具,在控制器设计中起着重要的作用。
本文将探讨Matlab技术在控制器设计中的应用,并介绍一些经典的控制器设计方法和案例。
一、Matlab在控制器设计中的基本功能Matlab是一种基于数值计算的软件工具,提供了丰富的数学函数库和编程语言。
在控制器设计过程中,Matlab可以用来进行系统的数学建模、信号处理、动态仿真、参数优化与辨识等一系列关键步骤,为工程师提供了全方位的技术支持。
下面将详细介绍Matlab在控制器设计中的基本功能。
1.系统建模与分析在控制器设计之前,我们需要对待控制的对象进行系统建模与分析。
Matlab 提供了丰富的系统建模工具,如系统传递函数、状态空间模型和频域模型等,可以方便地对系统进行描述和分析。
通过Matlab,我们可以使用这些模型进行系统特性分析、稳定性判断和性能评估。
2.控制算法设计与优化控制算法是控制器设计中的核心内容之一。
Matlab提供了多种常见的控制算法函数,如PID控制、模糊控制和神经网络控制等,可以方便地进行控制算法的设计和仿真。
此外,Matlab还提供了参数优化和辨识工具,可以帮助我们对控制器进行更精细的调整和优化。
3.动态仿真与实时测试在控制器设计过程中,动态仿真和实时测试是非常重要的环节。
Matlab提供了强大的仿真和测试工具,可以模拟实际工程中的场景,并进行控制系统的动态响应测试。
通过Matlab的仿真和测试功能,我们可以评估控制系统的性能、稳定性和鲁棒性,为系统调试和验证提供有力支持。
4.数据可视化与结果分析控制器设计完成后,我们需要对设计结果进行数据可视化和结果分析。
Matlab提供了丰富的绘图和分析函数,可以方便地对控制系统的输入输出信号进行可视化和分析。
通过Matlab的数据可视化和结果分析功能,我们可以直观地了解控制系统的性能和稳定性,为后续改进和调整提供参考。
基于MatlabSimulink的垂直轴风力发电系统设计
to replace
are
an integrated system
calculated,which has revealed the optimized module control,
charging ability and output energy.As the super capacitor’S capability develops,the module may replace traditional battery in some area practically.
生能源的开发和利用。
风力发电最主要的设备就是风力发电机组。从能量转换的角度看,风力发电 机组由两大部分组成:其一是风力机,它的功能是将风能转换为机械能;其二是 发电机,它的功能是将机械能转换为电能。风力发电机一般由风轮、齿轮箱、发 电机、偏航装置、控制系统、塔架等主要部件所组成。风力发电机的种类和形式 很多,但由于风力发电机组将风能转变为机械能的主要部件是受风力作用而旋转 的风轮,因此,风力发电机组依据风轮的结构及其在气流中的位置大体上可分为 两大类:一类为水平轴风力发电机组;一类为垂直轴风力发电机组。商用大型风
as
wind generation systems have been
operated effectively around the world.However,since the large horizontal axis
wind
turbine doesn’t meet the small—scale demand well,small vertical axis wind turbine
基于Matlab/Simulink的垂直轴风力发电系统设计
力发电机组一般为水平轴风力发电机。但近年来随着相关技术水平的提高和小型 发电系统的蓬勃兴起,垂直轴发电机也越来越吸引人们的目光。 1.1.2课题研究意义 地球上蕴藏的风力资源十分丰富,如果10%的风能得到开发利用的话,那么 全球的电力需求就可以得到满足[41。我国有丰富的风能资源,其总储量为32.26x 105kW,实际可开发的风能储量为2.53x105kW,在分布上与煤炭、水能资源有 大致互补的特点[5-6]。我国风能主要分布在东南沿海及岛屿、新疆、甘肃、内蒙 古北部到东北部地带,而这些地方远离国家电网,分布非常分散,用电量有限。 在这种条件下,由大电站生产电力,由输电线将电力输送到边远地区耗资巨大。 显然并不经济。另外,由于运输成本和原油价格上涨,柴油机发电的成本很高, 且将对环境造成很大的污染。但这些地区的风能储备丰富,如果充分利用可再生 能源,建设独立的小功率发电装置,将具有明显的优越性。同时,发展风电还能 开拓新的经济增长领域,创造就业机会,在未来将得到非常迅猛的发展。在此基 础之上,随着小型风力系统的开发和普及,更适用于小型风力系统的垂直轴发电 机必然引起人们的广泛关注。 总之,无论是应对将来的能源危机,或是解决眼前的生态环境污染问题,研 究开发分布式风力发电技术都具有十分重要的意义。地球上蕴藏着十分丰富的风 力资源,具有十分广阔的开发前景。将电力和控制技术应用于风力发电系统中, 提高风力发电的效率和储能设备的储能效率,减少过程损耗,降低风电的成本, 使可再生能源逐步替代传统的化石燃料,具有重大的经济效益和社会价值。
风板控制装置MATLAB仿真
风板控制装置MATLAB仿真风力发电作为一种可再生能源,其在可持续发展中发挥着重要作用。
风力发电是利用风能将其转化为电能的过程,通过风轮的旋转驱动发电机发电。
与传统的能源方式相比,风力发电有着诸多优势,如无污染、永续性、可再生性等。
随着对环境保护和可再生能源的需求不断增长,风力发电在可再生能源领域中的重要性也日益凸显。
随之而来的是风力发电技术的不断创新和发展。
风板控制装置作为风力发电系统中的重要组成部分之一,在风力发电的效能和稳定性方面扮演着至关重要的角色。
本文将通过使用MATLAB进行仿真,研究和分析风板控制装置在风力发电系统中的应用,并探讨其对风力发电效能的影响。
通过这一研究,我们可以深入理解风板控制装置的工作原理和优化方法,为进一步提高风力发电系统的性能和可靠性提供有益的参考。
研究目的:本文将通过使用MATLAB进行仿真,研究和分析风板控制装置在风力发电系统中的应用,并探讨其对风力发电效能的影响。
通过这一研究,我们可以深入理解风板控制装置的工作原理和优化方法,为进一步提高风力发电系统的性能和可靠性提供有益的参考。
研究目的:本论文的研究目标是通过MATLAB仿真来探索风板控制装置的性能。
我们将利用MATLAB的仿真工具,对风板控制装置进行建模和模拟,以评估其在不同工况下的性能表现。
通过这项研究,我们希望能够更全面地了解风板控制装置的运行规律和优劣势,为相关领域的工程设计和优化提供参考依据。
本论文的研究目标是通过MATLAB仿真来探索风板控制装置的性能。
我们将利用MATLAB的仿真工具,对风板控制装置进行建模和模拟,以评估其在不同工况下的性能表现。
通过这项研究,我们希望能够更全面地了解风板控制装置的运行规律和优劣势,为相关领域的工程设计和优化提供参考依据。
本文描述了使用MATLAB进行仿真的方法和步骤,并解释了所采用的风板控制算法。
仿真方法包括以下步骤:设计风板控制器的数学模型和算法。
在MATLAB中实现风板控制器的仿真模型。