风力发电机的建模及动态仿真
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。
风能发电系统的建模与仿真
风能发电系统的建模与仿真随着对可再生能源的需求日益增长，风能发电作为一种环保、高效的能源来源受到了广泛关注。
为了更好地发展和优化风能发电系统，建模与仿真成为了不可或缺的工具。
通过建立一个准确的模型，并进行仿真分析，可以帮助我们深入了解风能发电系统的性能特点，优化系统配置，并为系统的实际运行提供参考。
首先，风能发电系统的建模是指根据系统的物理特性和工作原理，利用数学方程和模型描述系统的各个部分，并建立它们之间的关系。
常见的风能发电系统包括风力发电机、风轮、发电装置等。
对于风力发电机的建模，可以采用机械力平衡方程和电磁特性方程来描述其工作原理。
机械力平衡方程考虑了风力和机械转动阻力之间的关系，电磁特性方程描述了转动部件与发电机之间的能量转换过程。
通过对这些方程进行求解，可以得到风力发电机的转速、转矩等关键参数。
对于风轮的建模，可以考虑风轮受到的风力和转动部件的质量、惯性等因素的影响。
风力的影响可以由风力模型来描述，包括风速、风向等参数。
转动部件的影响可以通过质量和惯性的计算来体现。
综合考虑这些因素，可以得到风轮的转速、转矩等性能指标。
发电装置的建模是为了研究风能发电机的发电输出。
这一部分的建模主要关注风力发电机与发电设备之间的能量转换过程。
通过建立电气特性方程，可以计算风力发电机的输出电流、电压等关键参数。
而发电设备的模型则可以考虑电功率变换、电压变换等过程。
在建模的基础上，进行仿真分析可以帮助我们更加深入地理解风能发电系统的性能特点，并提出系统优化的方案。
通过改变模型中的参数和条件，我们可以研究不同风速、转速等条件下系统的响应情况，进而确定系统的最佳配置。
此外，仿真还可以帮助我们评估系统的可靠性、稳定性等指标，为系统的实际运行提供参考。
在进行仿真分析时，需要注意一些关键的参数和条件的选择，以确保结果的准确性。
首先，选择合适的风速范围和变化规律，以模拟实际工作环境中的风力情况。
其次，需要合理选择风能发电系统的组件参数，以保证模型的可靠性和准确性。
风电实验报告-风力发电机组的建模与仿真
实验一 ：风力发电机组的建模与仿真XX ：樊姗 __031240521一、实验目的:1掌握风力发电机组的数学模型2掌握在MATLAB/Simulink 环境下对风力发电机组的建模、仿真与分析；二、实验内容: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：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。
本课题不考虑风向问题，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b V 、阵风风速g V 、渐变风速 r V 和噪声风速n V 。
即模拟风速的模型为：n r g b V V V V V +++= （1-1）（1）基本风速在风力机正常运行过程中一直存在，基本反映了风电场平均风速的变化。
一般认为，基本风速可由风电场测风所得的韦尔分布参数近似确定，且其不随时间变化，因而取为常数（2）阵风用来描述风速突然变化的特点，其在该段时间内具有余弦特性，其具体数学公式为：⎪⎩⎪⎨⎧=00cos v g V gg g g g g T t t T t t t t t +>+<<<1111 （1-2）式中：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=)(2cos 121max cos g g g T t T t G v π （1-3） t 为时间，单位 s ；T 为阵风的周期，单位 s ；cos v ，g V 为阵风风速，单位m /s ；g t 1为阵风开始时间，单位 s ；max G 为阵风的最大值，单位 m/s 。
（3）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：⎪⎩⎪⎨⎧=00v ramp r V r r r r t t t t t t t 2211><<< （1-4）式中：⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=r r rramp tt t t R v 212max 1 （1-5） r t 1为渐变风开始时间，单位 s ；r t 2为渐变风终止时间，单位 s ；r V ，ramp v 为不同时刻渐变风风速，单位 m/s ；max R 为渐变风的最大值，单位 m/s 。
风力发电系统模型搭建与仿真分析
风力发电系统模型搭建与仿真分析采用小型永磁同步电机分析模型并且忽略其磁饱和度。
永磁发电机的数学模型如下：(3-8)代表永磁发电机在d 轴流过的电流，u d代表发电机在d 轴上的电压，L d 代表永磁式中id发电机在d 轴上的电感。
i q 代表永磁发电机在q 轴流过的电流，u q 代表发电机在q 轴上的电压，L q 代表永磁发电机在q 轴上的电感。
发电机角速度是①e ，发电机定子电阻是R a ，发电机的电磁转矩是T e 。
发电机永磁体磁链是Ψ。
当转子表面装有磁铁时，有效气隙可视为常数。
这是因为永磁材料相对磁导率大概一致[55] 。
所以d轴与q轴同步电感一致，即L d =L q =L 化简为：(3-9)其中T与成i q 正比。
如果发电机电磁转矩变大，系统中的定子电流也会随之变大，e进而对定子电流进行控制，使得发电机电磁转矩与风力涡轮输出转矩T 均衡，实现最大功率输出。
在仿真平台上搭建风力发电系统最大功率点跟踪仿真模型，模型图如下图3-8 所示。
AC/DC 采用了不可控整流二极管，DC/DC 变换器使用boost 电路，永磁同步发电机模型直接在Matlab 中调用。
将风机半径设为3.5m ，设置初始风速为4m/s 并进行时长4s 的仿真，在2s 时将风速提升至6m/s。
梯度式扰动观察法中最大功率点跟踪模块的控制策略如图3-9 所示。
图3-8 风力发电系统的控制模型Fig.3-8 Control model of wind power generation system28图 3-9 风力发电最大功率跟踪模块Fig.3-9 Wind power generation maximum power tracking module永磁同步电机参数情况如下表 3-1 所示。
表 3-1 永磁同步电机参数Tab.3-1 Parameter of synchronous machine名称参数大小额定转速（rad/s ） 40 转动惯量（kg/m 2） 0. 189 定子绕组电阻 (Ω) 0.05 定子绕组电感（ m H ）7. 15 极对数 34 磁链（Wb ）0. 1892风力发电系统最大功率跟踪仿真曲线如图 3-10 和 3-11 所示。
本科毕业论文-—风力发电系统控制模型建立和仿真分析
摘要风能作为一种清洁的可再生能源，在当今能源短缺的情况下，变的越来越重要。
由于风的不稳定性和风力发电机单机容量的不断增大，使风力发电系统和电网的相互影响也越来越复杂，因此，对风力发电系统功率输出的稳定性提出了更高的要求。
控制系统对提高风力发电系统功率输出的稳定性有很大的作用，所以有必要对控制系统和控制过程进行分析。
本设计主要依据风力发电机组的控制目标和控制策略，通过使用电力系统动态模拟仿真软件PSCAD/EMTDC，建立变桨距风力发电机组控制系统的模型。
为了验证控制系统模型的可用性，建立风力发电样例系统模型，对样例系统进行模拟仿真，并对所得的仿真结果进行了分析，从而证实了风力发电机组控制系统模型的可用性,然后得出了它的控制方法。
通过对风力发电机组控制系统的模拟仿真，可得如下结论：风力发电机变浆距控制属非线性动态控制，在风力发电机组起动时，通过改变桨叶节距来获得足够的起动转矩，达到对风轮转速的控制的目的；当风速高于额定风速时，通过自动调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，满足风力发电系统输出功率稳定和功率曲线优化的双重要求。
关键词：风力发电；控制系统；PSCAD/EMTDC；仿真分析AbstractThe wind energy which is used as a kind of clean and reproducible energy, nowadays gets more and more important in the energy scarcity cases. Because instability of the wind and continuous enlarging capacity of the single machine in wind power generation, mutual effect between the wind power system and the grid is more and more complicated, so the higher demand is brought forward about the stability of output power of the wind power generation system. The control system may enhance the stability of output power, therefore we have the necessity to analyses control system and the control processes.The design mainly bases on the control target and strategies of the wind power generation. We have established the alterable pitch control model using the power system dynamic simulation software PSCAD/ EMTDC. Also we have established the model of the wind power system for validating the usability of the controller model. We have simulated the whole system and analyzed the result of simulation, and confirmed the usability of the controller model and its control method.We have simulated the control system model of the wind power generation, and got a conclusions: The alterable pitch control of wind power generation is the non-linear dynamic control, control system changed pitch angle for acquiring starting torque while the wind power generation started; we adjusted the pitch angle for changing angle which airflow blow vane , when the wind speed exceed rated speed, then changed the torque of aerodynamics for Satisfing dual demand which are steady power output of the wind power generation and optimizing the power curve .Keywords: Wind power generation; Control system; PSCAD/ EMTDC; Simulation and analysis毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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。
风力发电系统建模与仿真
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生能源利用方式，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[1]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10min所测得各瞬时风速的平均值。
一般以草地上空10m高处的10min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：3ω= (1-1)5.0vρ式中,ω——风能密度(2W)，是描述一个地方风能潜力/m的最方便最有价值的量；ρ——空气密度(3/m kg )；v ——风速(s m /)。
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
基于PSCAD的永磁同步风力发电机模型与仿真
基于PSCAD的永磁同步风力发电机模型与仿真引言永磁同步风力发电机是当前广泛应用于风力发电领域的一种发电机类型。
它具有高效、低成本和可靠性高的特点，因此被广泛用于风力发电系统中。
为了更好地理解和分析永磁同步风力发电机的性能，需要进行相关的建模和仿真。
PSCAD是一种被广泛应用于电力系统仿真的软件工具，具有强大的仿真功能和友好的用户界面。
本文将介绍基于PSCAD的永磁同步风力发电机的模型建立和仿真步骤。
永磁同步风力发电机模型永磁同步风力发电机的基本原理永磁同步风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。
它由风轮、发电机和控制系统三部分组成。
风轮接受风能并转动，发电机将机械能转化为电能，控制系统用于调节发电机的工作状态。
永磁同步风力发电机的基本原理是利用电磁感应法，通过风轮驱动发电机转动，使导体在磁场作用下产生感应电势，从而实现发电。
PSCAD中永磁同步风力发电机模型的建立首先需要在PSCAD中选择合适的电气元件进行建模，如发电机、风轮和控制系统等。
对于永磁同步风力发电机的模型建立，可以考虑以下几个方面：1.发电机模型：选择合适的发电机模型，可以根据发电机的特性来选择合适的电气元件进行建模。
一般来说，可以选择三相感应发电机或者永磁同步发电机模型。
2.风轮模型：选择合适的风轮模型，可以考虑风轮的转动惯量、风速、风向等因素。
一般来说，可以选择转动质量、转动惯量等参数进行建模。
3.控制系统模型：选择合适的控制系统模型，可以考虑对发电机转速、电压等进行调节。
一般来说，可以选择PID控制器等控制系统进行建模。
PSCAD中永磁同步风力发电机模型的仿真步骤1.创建PSCAD项目：在PSCAD软件中创建新的项目，选取适当的工程设置和仿真参数。
2.导入电气元件模型：选择合适的电气元件模型，如发电机、风轮和控制系统等，在PSCAD中导入相应的电气元件模型。
3.连接电气元件：使用线缆进行电气元件的连接，建立起完整的永磁同步风力发电机系统。
风力发电装置动力学建模与仿真
风力发电装置动力学建模与仿真随着对可再生能源的需求不断增长，风力发电作为其中的一种重要形式，得到了广泛应用和研究。
风力发电装置的动力学建模与仿真是研究风力发电系统性能和优化设计的关键环节。
本文将从风力发电装置的动力学建模、仿真方法和相关应用等方面进行探讨。
1. 风力发电装置动力学建模风力发电装置动力学建模是研究风力发电系统特性和性能的基础。
动力学建模的目的是描述风力发电装置内部的运动学和动力学特性，以及与外界的相互作用。
1.1 功能分解与系统分析风力发电装置通常由多个组件组成，包括风轮、变速器、发电机等。
首先，我们需要对风力发电装置进行功能分解和系统分析，确定各个组件之间的关系和作用。
1.2 运动学建模运动学建模是描述风力发电装置内部各个部件的运动状态和位置的过程。
通过运动学建模，我们可以了解风轮的叶片角度、风轮和转子之间的转速等参数。
1.3 动力学建模动力学建模是描述风力发电装置内部各个部件之间相互作用的过程。
通过动力学建模，我们可以了解风轮受力情况、发电机的转矩和输出功率等参数。
2. 仿真方法仿真是通过计算机模拟风力发电装置在不同条件下的运行状态和性能的过程。
仿真方法可以提供定量的数据和结果，用于分析和评估风力发电系统的性能，优化设计和控制策略。
2.1 数学建模与控制方程基于动力学建模的结果，我们可以建立数学模型和控制方程描述风力发电装置的运动和响应规律。
这些方程可以包括风力的变化、风轮的旋转、转速的调整等。
2.2 数值方法与计算模拟仿真过程通常使用数值方法和计算模拟进行。
数值方法可以将模型离散化，通过迭代计算来解决微分方程和差分方程。
计算模拟则是通过模拟计算机程序的运行来模拟实际情况。
3. 相关应用与发展趋势风力发电装置动力学建模与仿真在风力发电行业中具有重要的应用价值和研究意义。
3.1 性能优化与设计改进通过动力学建模和仿真，我们可以评估风力发电装置的性能，发现存在的问题并进行相应的优化。
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。
风能发电系统的建模与仿真
风能发电系统的建模与仿真随着气候变化和环保意识的提高，风能发电逐渐成为了重要的可再生能源之一。
因此，对风能发电系统的建模和仿真具有重要的研究价值。
本文将探讨风能发电系统的建模和仿真，详细介绍原理和模型，以及相关技术的应用和发展现状。
一、风能发电系统的原理风能发电系统由发电机、风轮、变桨机和控制系统等组成。
其中，风轮是将风能转化为机械能的核心部件。
变桨机负责调节风轮的转速和风轮叶片角度，以保持风轮的最佳转速。
发电机将机械能转化为电能，并输出给电网使用。
二、风能发电系统的模型建立风能发电系统的模型，是进行仿真和优化的基础。
一般而言，风能发电系统的仿真模型包括机械系统、电气系统和控制系统三个方面。
机械系统模型主要考虑风轮和发电机之间的能量转化过程。
通常采用质量、惯量和运动学等参数来描述机械系统。
机械系统的模型需要考虑外部环境和风能的影响，建立适当的数学模型和准确的数据。
电气系统模型通常采用变电站环节到配电过程的等效电路。
其中，发电机和电网之间的电力传输可以采用三相交流电路模型。
电气系统的模型需要采用适当的控制策略，以优化系统的运行。
控制系统模型负责监测和调节风能发电系统的输出功率。
控制系统的模型需要结合机械系统和电气系统模型，以实现最佳的电力输出和质量。
其中，变桨机和变频器等相关设备需要在控制系统中实现控制。
三、风能发电系统的仿真和验证风能发电系统的仿真和验证是系统优化的重要手段。
常用的仿真和验证方法包括数值模拟和实验验证。
数值模拟是指利用计算机模拟风能发电系统的运行过程，并进行模拟计算。
其优点在于可以在低成本、较短时间内进行大量的实验，为系统的运行提供重要参考。
常用的数值模拟方法包括有限元方法、计算流体动力学和等效的电气网络模型。
实验验证则是利用实际装置对风能发电系统进行实物验证。
实验验证可基于实验室实验或现场试验两种模式进行。
实验验证的优点在于可以获得更为精确的数据和信息，并对风能发电系统的运行进行监测和调整。
风力发电系统的建模与仿真(风力发电工程技术丛书)
目录分析
1
1.1力发电
机组的类型及 构成
4 1.4风力发电
系统的仿真
5 1.5仿真软件
概述
1
2.1概述
2
2.2风速模型
3
2.3风轮模型
4
2.4轴系模型
5
2.5仿真算例
3.1概述 3.2结构和原理
3.3稳态模型及特性 3.4仿真算例
1
4.1概述
4.2运行原理
风力发电系统的建模与仿真（风力 发电工程技术丛书）
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 读书笔记
目录
02 内容摘要 04 作者介绍 06 精彩摘录
思维导图
关键字分析思维导图
电网
系统
工程技术
原理
稳定性
电压
控制策略
丛书
风电
模型 机组
影响
仿真
概述
电网
功率
电力系统
原理
控制
内容摘要
本书首先介绍风力发电的机械和电气系统数学模型及并网控制策略的原理，然后结合具体算例，通过 DIgSILENT和MATLAB/Simulink两种仿真软件建立典型风电机组的仿真模型，分析其最大功率跟踪控制、有功和 频率调节、无功和电压控制、低电压穿越、虚拟惯性控制等风电机组并网控制的主要特性，以及电网允许风电接 纳能力、电网潮流计算与无功优化计算、风电接入对电网暂态稳定性影响等。此外，通过柔性直流输电的海上风 电和大型风电基地的风电场并网已成为新的研究热点，本书将介绍其基本原理和仿真建模。
6.5仿真算例
7.1概述
7.2 PMSG的低电压 穿越技术
7.3 DFIG在电网电 压不平衡时的控制
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
风电场电力系统的建模与仿真分析
风电场电力系统的建模与仿真分析近年来，随着对环境问题的不断关注和对可再生能源利用的不断扩大，风电场成为了可靠的电力供应来源之一。
风能资源丰富，利用成本低，而且不像化石能源一样有排放污染物的风险，因此越来越多的国家都开始在风力发电方面进行投资和研究。
然而，风电场的建设和运营却涉及到了很多技术问题。
其中，电力系统的建模与仿真分析便是其中重要的一环。
风力发电的本质是将风能转化为电能。
具体来说，通过风机叶轮的旋转，驱动发电机发电。
而风电场的电力系统则是将这些发电机产生的电能收集起来，并将其输送到消费者处进行使用。
因此，电力系统的建模与仿真分析就是通过对电力系统的各环节进行合理的建模，对电力系统进行仿真，根据仿真结果分析电力系统的性能、可靠性，并进行问题解决和优化改进的重要手段。
首先，电力系统的建模是非常重要的。
通常来说，建模是建立起整个电力系统的数学模型，用于分析和预测电力系统的行为和性能。
电力系统建模的目标是最大化系统效率和可靠性，并尽可能地降低成本。
同时，在电力系统建模中还应该考虑到电力系统的复杂性，包括供电系统、电流、电磁场、热场等多个因素。
因此，建立一个准确、全面的电力系统模型需要大量的经验和专业知识。
在建立电力系统模型之后，便可进行仿真分析。
仿真分析是指利用计算机程序进行电力系统的模拟，以检测电力系统的运行性能。
仿真分析通过对电力系统的各组件进行数值计算和预测，得出电力系统的行为和特性。
仿真分析可以与实际电力系统的数据进行对比，从而确定仿真程序的准确性和可靠性。
电力系统的仿真分析需要包括多个环节。
首先是电力系统的潮流分析，即分析系统中的电流、电压、功率等特性。
其次是电力系统的稳定性分析，即分析电力系统在各种负荷和故障情况下的稳定性。
再次是电力系统的短路分析，即分析系统中在各种故障下的短路情况，确定其所引起的影响。
最后是针对电力系统的控制和保护设计方案进行模拟和优化分析，以保证电力系统的安全运行。
海上风力发电的变桨系统动力学建模与仿真
海上风力发电的变桨系统动力学建模与仿真近年来，随着对可再生能源的需求日益增加和环境保护意识的提高，海上风力发电成为了一种受到广泛关注和发展的清洁能源解决方案。
而变桨系统作为海上风力发电机组的核心部件之一，其性能和稳定性对于提高发电效率和降低运行成本至关重要。
因此，对变桨系统的动力学行为进行建模与仿真，对于指导系统设计和优化运行具有重要意义。
变桨系统是一种通过调整桨叶角度来控制风机转速的机构。
其主要由主控系统与执行机构组成。
主控系统负责接收信号并指导执行机构调整桨叶角度，以实现风机的稳定性控制。
而执行机构则负责接受主控系统指令，并通过变化桨叶角度来改变风机的受力。
因此，变桨系统的动力学建模与仿真需要考虑主控系统与执行机构之间的相互作用。
首先，针对主控系统的建模与仿真，可以采用传统的控制理论方法，如PID控制器。
PID控制器是一种广泛应用的控制算法，通过调节比例、积分和微分增益来实现系统的稳态误差补偿和动态响应调节。
通过建立PID控制器的数学模型，可以分析系统稳定性、平稳误差和响应速度等性能指标，从而设计出满足要求的主控系统。
同时，利用仿真软件对PID控制器进行仿真模拟，可以对系统的运行轨迹和性能进行评估和优化。
其次，针对执行机构的建模与仿真，可以采用机械动力学建模方法。
首先，通过对执行机构的物理结构进行分析，可以获得系统的刚体模型和运动关系。
然后，根据力学原理建立执行机构的动力学方程。
考虑到海上风电场的特殊环境和复杂载荷条件，还需要进一步考虑海洋环境对执行机构的影响，如风速、浪高等因素。
此外，还需考虑桨叶惯性、液压系统的动态特性等因素。
通过建立执行机构的动力学模型，并结合仿真软件进行仿真分析，可以评估执行机构的性能指标，如响应时间、承载能力和能量损耗等。
最后，针对主控系统与执行机构之间的相互作用进行建模与仿真。
主控系统与执行机构之间的信息传递存在一定的时滞和误差。
因此，在进行动力学建模与仿真时，需要考虑这些因素对系统性能的影响。
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。
风力发电机组的系统建模与仿真方法研究
风力发电机组的系统建模与仿真方法研究随着能源需求的不断增长和对可再生能源的关注度提高，风力发电作为一种清洁、可再生的能源来源，受到了越来越多的关注。
风力发电机组是将风能转换为电能的关键设备，其性能稳定与否直接影响着风力发电系统的发电效率和运行成本。
因此，对于风力发电机组的系统建模与仿真方法的研究具有重要意义。
本文将针对风力发电机组的系统建模与仿真方法，分为以下几个方面进行阐述：风力发电机组的组成与工作原理、系统建模的基本原理与方法、仿真方法的应用与发展趋势。
首先，风力发电机组的组成与工作原理。
风力发电机组主要包括风力发电机、变电站和风力发电塔等部分。
风力发电机通过风轮叶片将风能转换为机械能，经过传动系统将机械能传递给发电机转子，再通过发电机将机械能转换为电能。
变电站将发电机产生的电能通过变压器升压后输入电网进行输送。
风力发电塔则起到支撑和稳定风力发电机组的作用。
其次，系统建模的基本原理与方法。
系统建模的目的是以数学模型的形式对风力发电机组的各个部分进行描述，从而实现对系统的分析和预测。
系统建模主要包括力学模型、电气模型和控制模型等方面。
力学模型主要研究风力发电机组的机械传动系统和风轮叶片等部分。
通过考虑风能转化的动力学特性，建立风轮叶片转动的动力学模型，以及传动系统的运动学和动力学模型。
电气模型主要研究风力发电机组的电能转换部分。
通过考虑发电机的电磁特性和电路特性，建立发电机的电气模型，分析电能的转换效率和输出特性，以及发电机与电网的互动关系。
控制模型主要研究风力发电机组的运行控制系统。
通过建立控制系统的控制器模型和反馈回路模型，实现风力发电机组的稳定运行和优化控制。
同时，考虑到风力发电机组的不确定性和外界环境变化对系统的影响，建立自适应控制模型和预测控制模型，提高系统的鲁棒性和适应性。
最后，仿真方法的应用与发展趋势。
通过系统建模的基础上，利用计算机软件进行仿真分析，可以对风力发电机组的性能进行评估和优化。
风力发电系统的建模与控制
风力发电系统的建模与控制引言：风能作为一种清洁、可再生的能源，正逐渐成为世界各地电力供应的重要来源之一。
风力发电系统是将风能转换成电能的设备，其核心是风力呼吸机和发电机。
为了优化风力发电系统的性能，减少能源浪费，提高发电效率，建模和控制技术成为风力发电系统研究的关键领域。
一、风力发电系统的建模1. 风力机机械特性的建模风力机机械特性包括风力机的转动特性、扭矩-转速特性和机械损耗特性。
为了建模风力机机械特性，可以使用等效电路法将其抽象为电学元件，如电感和电阻，并利用控制方程与电路方程相结合，得到风力机机械特性的数学模型。
2. 风力机与发电机的耦合模型风力机与发电机是风力发电系统的核心组成部分，其耦合模型需要考虑风力机输出转矩与发电机转速之间的关系。
传统的耦合模型基于刚性理论，假设风力机与发电机的转速是相等的，但实际上二者之间存在一个转速差。
因此，改进的耦合模型应该考虑转速差带来的损耗，并包含角加速度、转速差和交流电机模型。
3. 风速与风力机转速的关系建模风速是影响风力发电系统性能的重要因素之一。
建立风速与风力机转速之间的关系模型，有助于更好地控制和优化风力发电系统。
常用的方法是使用风速测量装置获取风速数据，并通过回归分析或神经网络等方法建立风速与风力机转速之间的非线性映射关系。
二、风力发电系统的控制1. 风力机的最大功率跟踪控制风力机在不同的风速下有不同的最大功率点，控制风力机运行在最大功率点可以提高发电效率。
最大功率跟踪控制需要测量和跟踪风速，根据风速变化调整控制策略，使得风力机输出功率保持在最大功率点附近。
2. 发电机电压控制风力机产生的电能通过发电机进行转换和输出。
发电机的电压控制是维持电网稳定的重要环节。
电压控制需要根据电力需求和电网负荷情况，在不同的运行状态下，调整发电机的励磁电流或场电流，以保持恒定的电压输出。
3. 风力发电系统的安全控制风力发电系统的安全控制是保证系统正常运行和保护设备免受损坏的关键环节。
实验一 风力发电机组的建模与仿真
实验一：风力发电机组的建模与仿真
一、实验课题: 风力发电机组的建模与仿真
二、实验内容: 熟悉Matlab编程，通过调用Simulink相关模块搭建风速模型，传动系统模型，发电机模型和变桨距模型
三、实验目标:
1.掌握Matlab模拟仿真方法；
2.掌握Matlab搭建风速模型，传动系统模型，发电机模型和变桨距模型方法
四、实验准备:
1.了解Matlab中Simulink如何构建子系统；
2.通过查阅资料，搞清楚风速模型，传动系统模型，发电机模型和变桨距模型
实现方法。
五、实验重点: 掌握Matlab中Simulink如何构建子系统
六、实验难点: 风速模型，传动系统模型，发电机模型和变桨距模型实现
七、实验步骤:
1.启动Matlab，调用Simulink，搭建风速模型，传动系统模型，发电机模
型和变桨距模型。
2.观察各子系统输出波形，并学会分析结果。
八、报告指导:
1、强调实验报告撰写的规范性：包括实验课题、实验内容、实验要求、
实验步骤、实验结果及分析和实验体会；
2、整个实验工程，源代码应上交，并独立实验调试，随机提出问题，以
便及时了解学生学习情况。
九、实验思考：
调试过程中，程序为何出错，并学出原因。
十、教学后记:
实验指导不要面面俱到、范范而谈，必须及时指出学生编程中出现的问题。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
侯 书 红 1957 年 3 月 生, 1991 年 2 月 毕 业 于 上 海 交通 大 学电 机 专 业, 工 学 硕 士, 副 教 授。 主 要从 事电 机及 拖动 的 教学与科研工 作。
Abst ract : In t his paper, a m at hemat ic model and dynam ic sim ulat ion curves on w indmill generat or are giv en, w hich prov ide t heo retical f oundatio n f or st udy on t he st abilit y of w ind po w er sy st em and on t he po w er sy st em t hat w ind pow er and w at er pow er are mut uall y complem ent ary. T hey hav e practical sig nif icance.
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
设 s=
-
1
1,
ds dt
=
1d 1 dt
式中 T T —— 发电机输入转矩
T E —— 发电机电磁转矩
转矩基值为: T N = p S N 1
式中 S N ——三相额定视在功率
p ——极对数 则
TT T E J 1 T N - TN = p
即
1 SN
ds dt
=
J SN(
1
p
)
2
ds dt
=
ds T J dt
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 +
xm xm
( 8)
同理从( 5) 式 Q 轴转子磁链方程得
iQ =
x
2
xm +
x miq
+
1 x2 + xm
Q
( 9)
把( 9) 式代入 q 轴定子磁链方程并整理得
q= -
x ′id -
E
′ d
( 10)
结合式( 7) 则
d=-
x ′id +
E
′ q
q= -
x ′iq -
E
′ d
( 11)
其中
文献[ 2] , 电抗的标幺值与电感的标幺值相等。
T d′0p E′ q + ( -
2
)
E′ d T
′ d0
=
-
x miD
( 16)
同理 Q 轴
R 2iQ -
x
2
+ x
m
x
m
p
E
d′+
(
-
2) (
x2
+ xm
x
m
E
′ d)
=
0
x
2
xm +
x
iQ
m
-
p E ′ d +
(
-
R2
2 ) E′ q = 0
Key words: Windmill g enerat or Buil ding m odel Dynamic sim ulat ion
1 前言
随着科学技术的发展, 受能源短缺日趋严重及 环境保护的呼声渐强等诸方面的影响, 风力发电在 世界上许多国家得到了迅猛发展, 我国的风电事业 也具有了一定的规模, 许多大中型风电场开始建设 并相继逐步建成。由于风能具有随机性和间歇性的 特点, 随着风电规模的不断扩大, 对电网电压波动 及安全运行带来了新的问题。要研究和解决这些问 题, 风力发电机的数学模型是必不可少的。
′′
′
′
d = - R 1iq - x id - T d0 p E q - T d0 ( - 2) E d
( 18)
又根据异步发电机定子电路的复数方程[ 3]
U = - ( R1 + j x ′) I + E′
( 19)
有
ud = -
R 1i d -
x ′i q +
E
′ d
uq = -
R1 iq +
1 TH
(
T
-
TT)
( 26)
T
=
1 2
C
PR
3V
2 W
N × 10- 3/
PN
式中 T W ——风力机叶片转矩( P. U . )
——空气密度, kg/ m 3
CP ——风力机功率系数
R ——叶片半径, m
V W ——作用于风力机风速, m/ s
——叶尖速率比
= R/VW ——叶片机械角速度, rad/ s N ——风力机额定机械角速度, r ad/ s PN —— 风力机额定功率, kW 风力机通过齿轮箱、联轴器输出到发电机, 齿 轮箱和联轴器按比例环节考虑, 所以风力机输出转 矩 T T 被近似认为是发电机的输入转矩。 3. 5 发电机电磁转矩
H. Park 变换, 可把 A 、B、C( a、b、c) 轴系变换到任
意的 d、q、o( D 、Q、O) 系统; 反之, 任 意 d、q、o ( D、
Q、O) 的系统也可变换到 A 、B、C( a、b、c) 系统。
图 1 中 角定义为: q 轴与 x 轴( A 相绕组轴
线) 间的夹角。
∫t
= 0 ( ) d + ( 0)
q= - ( x 1 + x m) i q+ x mi Q= - x i q+ x miQ ( 5)
D = - x mid + ( x 2+ x m) i D
Q = - x mi q+ ( x 2+ x m) iQ 式中 x 1——定子漏抗标幺值
x 2 ——转子漏抗标幺值 x m—— 励磁电抗标幺值
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
3. 1 电压方程
ud = - R1 id + p d +
q
uq = - R 1iq + p q +
d
( 4)
0 = uD = R 2i D + p D - ( - 2) Q
0 = uQ = R 2iQ + p Q + ( - 2) D 3. 2 磁链方程
d = - ( x 1 + x m) id + x mi D = - x id + x miD
T d0 ( -
′
2) Eq
′ d0
p
E
′ q =
-
E′ q -
( x ′+
x) id -
T
′ d0
(
-
2
)
E
′ d
( 21)
当公共坐标建在同步坐标上时, = 1, 标幺值
为 = 1, 1 为基值, - 2= - s。则有
′ d0p
E
′ d
=
-
E
′ d
+
( x ′+
x ) iq -
sT
′ d0
E
传统的风力发电机基本上采用同步发电机, 但 自 80 年代以来, 世界上大中型风力发电机组绝大 多数采用异步发电机。这主要是因为同步电机的并 网要求较高, 不适合风电这种特殊场合。与之相比, 异步发电机对并网没有严格的频率、相角的要求, 容易并网, 而且异步发电机制造容易, 其转子的机 械强度高, 不怕飞逸, 起动方便, 易于自动控制, 便 于实现无人值守等。异步发电机的励磁功率可从电 网得到, 也可由机组或机群附设的电容来解决。对 于按发电机惯例、以暂态电势为变量而建立的异步 发电机的数学模型, 到目前为止, 国内外尚未有成 熟的定式。本文建立的风力异步发电机的数学模型 及动态仿真曲线, 对风电场电力系统稳定性研究及
风水互补电力系统的研究, 提供了可靠的理论根 据, 有重要的现实意义。
2 轴系变换
在交流电机的分析中, 轴系变换用来消除时变 电感。上世纪 20 年代末, R. H. Park 建立了一种变 量变换的方法, 能消除同步电机电压方程中的时变 电感, 使同步电机问题的计算简捷、准确。后来人们 的研究进一步证实了可以把定、转子变量变换到任 意旋转的参考轴系上, 变换的目的在于选择能最有 效地消除时变电感的系统方法。