实验一 风力发电机组得建模与仿真
风力发电机组的建模与仿真
风力发电机组的建模与仿真风力发电是一项越来越受到重视的可再生能源。
为了更好地利用风能，风力发电机组已经越来越普及。
风力发电机组的效率，稳定性和可靠性是非常关键的，我们需要对其进行建模和仿真分析。
本文将介绍风力发电机组的建模和仿真过程，并分析其优缺点和应用范围。
一、风力发电机组的基本结构风力发电机组包括风轮、发电机、传动系统、控制系统和塔架等部分。
风轮是将风能转化为机械能的主要部分，其形状和材质不同，可以影响整个系统的性能。
发电机是将转动的机械能转化为电能的关键部件。
传动系统负责将风轮的转动传导到发电机上，其间隔离了风轮受到的不稳定风力，使发电机获得更稳定的转速。
控制系统负责监测和控制整个系统的运行状态，保证系统的安全和可靠性。
塔架是支撑整个系统的基础，必须满足足够的强度和刚度。
二、风力发电机组的建模建模是对系统进行研究和仿真的重要步骤。
我们需要建立准确的模型才能更好地了解系统的行为和性能。
风力发电机组的建模包括机械模型、电气模型和控制模型。
机械模型描述了风轮、传动系统和塔架之间的相互作用。
其中，风轮可由拟合风速的阻力模型和旋转惯量模型表示，传动系统可以通过多级齿轮系统表示，塔架可以使用弹簧阻尼系统进行建模。
电气模型描述了发电机和网侧逆变器之间的电能转换过程。
发电机模型需要考虑到其内部电气参数和转速特性，网侧逆变器模型一般采用PID控制器进行描述。
控制模型描述了控制系统的功能和行为。
其中，风速控制模型可以通过调节风轮转速实现，功率调节模型可以通过调节发电机电压和电流实现。
三、风力发电机组的仿真仿真是建模的重要应用，通过模拟和分析系统的行为和性能，可以准确预测系统的运行状况。
风力发电机组的仿真可以通过MATLAB/Simulink等仿真工具进行实现。
在仿真中，我们可以考虑不同的工况和故障条件，分析风轮、传动系统、发电机和控制系统的响应。
通过对系统的分析和优化，可以提高系统的效率和可靠性，并降低系统的维护成本和损失。
风力发电系统的建模与仿真研究
风力发电系统的建模与仿真研究随着能源需求的不断增长和环境保护的日益严峻，可再生能源成为了当今世界发展的方向。
风力发电作为最为成熟和广泛应用的可再生能源之一，在全球范围内得到了广泛的应用。
而风力发电系统对于其稳定性和可靠性的要求也越来越高。
风力发电系统的建模与仿真研究在保证系统稳定性、提高系统可靠性及经济性等方面具有重要意义。
本文将从风力机、风向传感器和风能变换器三个方面进行建模仿真的研究。
一、风力机的建模仿真研究风力机是风力发电系统的核心设备，而风力机的建模仿真研究是保证整个系统稳定性的重要前提。
针对风力机由于受到风速和风向等因素的影响，风机旋转的角度和转速常常不稳定，特别容易引起风力发电系统的不稳定，进而降低其发电效率的问题，对风力机的建模仿真研究显得尤为重要。
在建模仿真研究中，我们可以将风力机抽象成一个多输入多输出的系统，即将风机的变化量分为输入变量和输出变量。
输入变量包括控制信号和外部干扰信号，控制信号可以通过PID控制器等方式对风机进行控制，外部干扰信号则主要来源于风速和风向。
输出变量包括风机的转速、角度、机械功率等。
针对以上输入和输出变量的建模，可以利用Transfer Function进行数学描述。
定位到风力机的转速控制系统，通过建立传递函数模型，以此进行仿真计算。
例如，我们可以建立风速测量系统的传递函数模型，利用控制器对系统进行控制，进而实现对风力机转速的控制。
二、风向传感器的建模仿真研究风向传感器是风力机中至关重要的一部分，因为它是风力机控制系统得以获得风向参数的基础。
风向传感器的准确度也直接决定了控制系统对风力机的稳定控制能力。
因此，对风向传感器的建模仿真研究同样非常重要。
在建模仿真研究中，我们可以将风向传感器抽象为一个测量盒子，通过对其进行数学建模，从而实现对风向的控制。
同时，我们还需要考虑传感器的误差和干扰问题。
针对这些问题，可以通过噪声模型等方式对风向传感器的建模进行修正。
风力发电机组数学建模仿真实验
（） （ ） 十 ） 为一段时间Ｔ 比 ５０ ） （ 如 ０ ｓ内的风速序列： 为平均风速。
个方面 ： （ ） 能 的 随机性 和 间歇 性 。风 速大 小 、风 力 强弱 、风 的方 向都 随时 Ｉ风 间在变化 ， 是随机 和不 可控 的， 这样 作用 在风力 机叶 片上 的风 能也 就是 随机 的 和 不可控 的 。同时， 由于 风速 分布 是偏 态 的概率 分布， 描述 这样 １ 分布至 少 个 需 有 ３个 参数 ， 即平均 值 、离差 系 数和 偏差 系数 。因此， 对风 能值 的准 确测 量 和 计 算 有 一 定难 度 。 （） 步电机 作为发 电机 。目前， 界上大 中型风 力发 电系统采 用 的风 电 ２异 世
１引言 调整 能源 结 构 、减少温 室 气 体排 放 、缓解 环境 污 染 、加 强 能源 安全 已 成 为 国内外关 注 的热点 。 国家 对可 再生 能源 的利用 ， 别是风 能 开发 利用给 特 了高 度重视 。风 能是 一种清 洁 的可再 生 能源， 风力发 电是 风 能利用 的主要 形 式， 也是 目前可 再生 能源 中技术 最成 熟 、最具有 规模 化 开发条 件和 商业化 发 壤 前景 的发 电 方式 之 一 。 我国风 能 资源丰 富 。据 中国气 象科学 研 究院 的初 步测算 ， 国陆 地 １ ｍ 我 Ｏ 高度 处可 开发储 量为 ２ ５ 亿 Ｋ ， ． ３ ｗ 海上可 开发储 量 为７ ５ Ｗ 总 计约 ｌ 亿 Ｋ ， ．Ｋ， Ｏ ｗ 风 能利 用潜力 巨大 。 国家规划 ， ２２ 到 ００年 中国风 电装机规 模 将达 ３ ０ 万 Ｋ 。 ００ ｗ 在国家 政 策和 资源 优势 的 推动 下， 国风 能开发 利 用取 得 了长足 进 步。 中 国产 化 的 １ ５ Ｗ大型风 电机组投 入商业 运行 ， 功并 网发 电。 国产 大容 量风 ．Ｍ 成 机将 是 国家发 展风 电的主 力机 组 。根据 目前 的技术 状况 和统 计， 国产 主力机 组 的首选 机型 是双馈 感应 式变 速恒 频风 力发 电机 。 由于风 能的不 确定 性， 大 规模 风 电场 大量 采用这类 风机 的 电场并 网运 行 ， 必将 给 电网带来 巨大 的冲击 。 所 以有必 要对风 电场并 网的动态影 响进行深 入分析， 细建立双馈 感应 式变速 详 恒频 风力 发 电机 的静 、动 态模 型 。在此 基础 上， 究风 机 并网 的动 态过 程， 研 分析 风机 对 电 网潮流 、无 功 、电压 和动 态稳 定 等方 面 的影 响 。 由于 各地 大 规模 风 电建 设项 目不断 开展， 电大规模 并 网趋 势 已经形成， 网运行 风力发 风 并 电机 组 的动 态 过程 研 究十 分 重要 和 紧迫 。
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。
风力发电系统的动态建模与仿真
风力发电系统的动态建模与仿真随着全球对可再生能源的需求不断增长，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式受到了广泛关注。
风力发电系统的动态建模与仿真是研究和优化风力发电系统运行的重要手段，有助于提高风力发电系统的效率和可靠性。
本文将探讨风力发电系统动态建模与仿真的方法和应用，以及在模型开发和仿真过程中需要注意的问题。
一、风力发电系统的动态建模风力发电系统包括风力机、风能转换子系统、并网变频器、变电所和电网等组成部分。
为了对风力发电系统进行动态建模，需要考虑各个组件之间的相互作用和系统运行的特点。
1. 风力机的动态建模风力机是风力发电系统的核心部件，负责将风能转化为机械能。
风力机的动态建模需要考虑风速对风轮转速的影响、风轮转速对发电机转速的影响以及风轮和转子之间的功率传递过程。
一种常用的方法是使用变力学方程描述风力机的运动过程，并结合风力和风功率曲线进行模拟。
2. 风能转换子系统的动态建模风能转换子系统包括风能转换器、传动装置和发电机等。
风能转换器将机械能转化为电能，传动装置则负责将风力机的转速传递给发电机。
在进行动态建模时，需要考虑风能转换器和传动装置的效率、传动过程中的能量损耗以及发电机的电力输出特性。
3. 并网变频器和变电所的动态建模并网变频器和变电所是将风力发电系统产生的电能接入电网的关键设备。
并网变频器的主要功能是将发电机输出的低频交流电转换为电网所需的高频交流电，同时负责控制电网功率的调节。
变电所则负责将风电场产生的电能集中输送到电网。
在进行动态建模时，需要考虑并网变频器和变电所的功率转换过程、电力损耗以及对电网供电稳定性的影响。
二、风力发电系统的仿真风力发电系统的仿真可以通过使用专业的仿真软件或自行开发仿真模型来实现。
仿真可以帮助研究人员和工程师在实际运行之前评估系统性能、验证设计和控制方案的有效性，以及优化风力发电系统的运行策略。
1. 仿真软件的选择和应用目前市场上有多种风力发电系统仿真软件可供选择，例如，DigSilent、PSCAD、Matlab/Simulink等。
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。
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姓名：文福西 学号：171440138 班级：0314405一、实验目标:1. 掌握风速模型建立实现方法；2. 掌握风力机模型建立实现方法；3. 掌握发电机模型建立实现方法； 二、实验内容:在MATLAB 下的simulink 中，建立风力发电机组的仿真模型，并进行仿真研究，对仿真的结果进行分析。
三、实验原理：本实验分四个模块分别是风速的设计，风力机模型的建立，传动系统模型的建立，发电机模型的建立。
1.风速的设计本文不考虑风向问题，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：V=b V +g V +r V +n V2.风力机模型的建立风力机是将风能转化为机械能的重要器件。
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形式而异，因此，风力机的实际风能利用系数。
风力机实际得到的有用功率为：而风轮获得的气动转矩为：为方便定量计算，通过有关研究资料的查找，风能利用系数的值可以近似的表示：3.传动模型的建立传动系统的简化运动方程为：Jr 为风轮转动惯量，单位 kgm 2；n 为传动比；Jg 为发电机转动惯量，单位 kgm 2；Tg为发电机的反转矩，单位Nm 。
4.发电机模型的建立发电机的反扭矩方程为：四．实验结果和分析：1.基本风速模型如下:仿真的时候假设初始风速为10m/s，那么它的仿真图为：分析：基本风速是作用于叶轮上的一个平均风速，是不随时间的变化而变化，可以看见输出的风速也是10m/s。
2.阵风风速模型如下:仿真图为：分析：通过仿真图可以看出阵风最大风速在6m/s，并且在3s左右的时候开始起风，大约在9s左右停止。
3．渐变风风速 模型为：仿真图为：分析：可以通过仿真图清晰的可以看出风速最大值为10m/s ，在4s 时起风，在11s 时停止，并在4~7s 之间是均匀变化的。
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、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，风力发电作为清洁、可再生的能源形式，已在全球范围内得到了广泛的应用。
风力发电机组系统作为风力发电的核心设备，其性能优化与稳定运行对于提高风力发电效率、降低运营成本以及推动风力发电行业的可持续发展具有重要意义。
因此，对风力发电机组系统进行建模与仿真研究，不仅可以深入理解其运行机制和性能特性，还可以为风力发电机组的优化设计、故障诊断以及控制策略制定提供理论支持和决策依据。
本文旨在探讨风力发电机组系统的建模与仿真方法，分析现有建模技术的优缺点，并提出一种更加精确、高效的风力发电机组系统仿真模型。
文章首先介绍了风力发电机组系统的基本组成和工作原理，然后详细阐述了风力发电机组系统建模的基本框架和关键技术，包括风力机模型、传动链模型、发电机模型以及控制系统模型等。
在此基础上，文章重点分析了风力发电机组系统仿真研究的应用场景和实用价值，如性能评估、故障诊断、控制策略优化等。
通过本文的研究，期望能够为风力发电机组系统的建模与仿真提供一套完整的理论体系和实践方法，为风力发电行业的技术进步和可持续发展贡献力量。
也希望本文的研究成果能够为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考和借鉴。
二、风力发电机组系统基础知识风力发电机组是一种利用风能转换为电能的装置，它主要由风力机（风轮）、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。
风力发电机组的发电原理是利用风力机将风能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
风力发电机组的核心部分是风力机和发电机，风力机负责捕获风能并转化为旋转动能，发电机则将这种旋转动能转化为电能。
风力发电机组的关键参数包括风轮直径、风轮转速、额定功率、切入风速、切出风速等。
其中，额定功率是指风力发电机组在标准风况下（一般为风速为12m/s）能够输出的最大功率。
切入风速和切出风速则分别定义了风力发电机组开始工作和停止工作的风速范围。
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。
风力发电系统的建模与仿真方法探索
风力发电系统的建模与仿真方法探索随着对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种可持续发展的能源形式变得越来越重要。
风力发电是一种利用风来产生电能的过程，通过将风能转化为机械能，再经过发电机转化为电能。
为了提高风力发电系统的效率和稳定性，在实际建设之前进行系统的建模和仿真非常重要。
在风力发电系统的建模与仿真中，首先需要对系统的各个组成部分进行建模。
风力发电系统主要由风机、齿轮箱、发电机和电网组成。
通过建立各个组件的数学模型，可以通过仿真分析系统的性能和效果。
例如，可以建立风机的动力学模型，考虑风速、扭矩和转速之间的关系。
然后，将风机和齿轮箱的模型进行耦合，考虑加载和传输效率。
最后，将发电机模型与电网模型耦合，分析系统的电能输出和功率稳定性。
风力发电系统的建模与仿真过程中，还需要考虑风场和环境条件的影响。
风场的不稳定性和突发性可以对系统的稳定性和发电效率产生影响。
因此，需要根据实际风场数据进行建模，并将其与系统模型进行耦合。
同时，还需要考虑环境条件对系统组件的影响，如温度、湿度和海拔等。
在建立好系统的数学模型之后，可以利用计算机仿真软件对系统进行仿真分析。
常用的仿真软件包括MATLAB Simulink、PSCAD和DigSilent等。
这些软件提供了丰富的模块和工具，可以方便地建立风力发电系统的仿真模型，并进行各种参数的调节和分析。
通过仿真分析，可以评估系统在不同工况下的性能和效果。
例如，在不同风速和负荷条件下，可以分析系统的电能输出和效率。
同时，还可以研究系统的稳定性和可靠性，分析系统在突发风速变化和电网故障等情况下的响应能力。
通过仿真还可以优化系统的控制策略和参数设置，提高系统的性能和可持续发展能力。
除了建模和仿真，还可以通过实验来验证仿真结果。
建立实验平台，通过对风机、发电机和电网等组件的实际测试，可以对仿真结果进行验证和修正。
通过比较仿真结果和实验结果，可以进一步提高模型的准确性和可靠性。
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研究
风力发电系统的建模与仿真研究近年来，由于对可再生能源的需求不断增加，风力发电成为了一种备受关注的清洁能源选择。
为了确保风力发电系统的高效性和可靠性，建立一个准确的模型并进行仿真研究非常重要。
本文将介绍风力发电系统的建模与仿真研究的背景、方法和结果。
背景风力发电是利用风能将风速转化为机械能的过程，然后通过发电机将机械能转化为电能。
风力发电系统由风机、发电机、变频器、电网等组成。
为了提高风力发电的效率和可靠性，我们需要建立一个准确的模型来研究系统的各个方面。
方法首先，我们需要获取风速数据，可以通过气象站或者其他可靠来源获取。
然后，利用获取的风速数据，我们可以确定系统的主要参数，如风机的切入风速、额定风速和切出风速等。
接下来，我们可以使用Matlab、Simulink或其他仿真软件来建立风力发电系统的数学模型。
在建立模型时，需要考虑以下几个因素：1. 风机特性：风机的性能曲线可以很好地描述风机在不同风速下的输出特性。
通过将风速作为输入，我们可以根据性能曲线确定风机的输出功率。
2. 发电机特性：发电机的特性包括额定功率、转速和效率等。
我们可以将风机输出的机械功率转化为发电机的输出电功率。
3. 变频器控制：为了确保风力发电系统的稳定运行，我们需要利用变频器对发电机的输出进行调节。
通过调整变频器的控制参数，我们可以使系统在不同的工况下都能够正常运行。
4. 电网连接：将风力发电系统与电网连接起来是非常重要的。
我们需要研究系统的接口特性，确保系统与电网的匹配，并进行功率平衡控制。
通过建立风力发电系统的数学模型，我们可以进行系统的仿真研究，验证系统设计的合理性，并优化系统的性能。
结果通过对风力发电系统的建模与仿真研究，我们可以得到以下结果：1. 系统效率：我们可以评估系统的效率，并找出影响系统效率的主要因素。
根据仿真结果，我们可以对系统进行优化，提高发电效率。
2. 系统稳定性：通过仿真，我们可以研究系统在不同工况下的稳定性。
风能发电系统的建模与仿真分析
风能发电系统的建模与仿真分析随着人们对可持续发展和环境保护的重视，可再生能源被越来越多地应用于各个领域。
其中，风能发电作为一种重要的可再生能源，因其广泛性、可再生性、不污染环境等优点，受到了广泛的关注和研究。
风能发电系统是由风机、发电机、变流器、电网等组成的复杂系统，其中涉及到的能量转换与控制问题，需要进行建模和仿真分析，以实现风能发电系统的优化设计、性能评估等目的。
一、风能发电系统的概述风能是一种不消耗、无限可再生的能源，利用风能发电已成为可再生能源发展的重要方向。
风能发电系统通常由风机组、功率变换器、发电机组和电网等部分组成。
其中风机组对风能进行捕捉，经过功率变换器进行能量转换后，储存于发电机组内，最终将电能输送出去。
风能发电系统中的控制技术和能量转换技术分别对系统的稳定性与效率产生着重要影响。
二、风能发电系统的建模为了实现对风能发电系统进行仿真分析与优化设计等目的，需要对系统进行建模。
风能发电系统的建模涉及到多个方面，包括机械部分、电气部分、控制部分等。
其中，机械部分需要考虑风机组的叶片控制、机械转矩等问题；电气部分需要涉及到变流器、发电机组等部分的电气特性；控制部分包括风机组的功率控制等。
在进行风能发电系统的建模时，通常采用MATLAB/Simulink等工具进行模拟。
具体建模过程中，需要先清楚地确定系统的物理模型，将其转换为数学表达式，进一步转换为Simulink中的模块。
例如，风机组可以建立为一个机械传动系统，通过叶片转动与发电过程，最终输出电能。
变流器可以采用半导体开关进行控制，将直流输出转换为交流输出。
三、风能发电系统的仿真分析在对风能发电系统进行建模后，需要对系统进行仿真分析以达到检验系统性能、预测系统操作过程等目的。
仿真分析可从机电特性、功率转换特性、控制策略等方面开展。
机电特性方面，可以分析风能的捕获效率与发电效率等指标。
在Simulink中，可以设置风速、切入风速、切出风速等控制参数，进一步模拟不同风速下的发电特性。
风力发电场电力系统建模与仿真研究
风力发电场电力系统建模与仿真研究近年来，随着对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种绿色、清洁的能源形式受到了广泛关注。
为了提高风力发电场的电力系统的稳定性和效益，传统的试错方法已经不能满足需求。
因此，建立精确的电力系统模型，并进行仿真研究成为了研究者们的重要课题。
风力发电场的电力系统由多部分组成，包括风力发电机组、逆变器、变压器、电缆等。
为了建立更加准确的电力系统模型，我们需要对每个组件进行详细的建模和仿真研究。
首先，对于风力发电机组的建模，我们需要考虑其机械特性和电气特性。
风力发电机组的机械特性主要包括叶片的切入风速、额定转速、切出风速等参数，而电气特性则包括电机的转矩和功率曲线。
通过建立这些特性的数学模型，我们可以准确地描述风力发电机组的工作特性。
其次，逆变器的建模也是电力系统仿真研究中的重要一环。
逆变器的主要功能是将直流电转换为交流电并送入电网。
在建模过程中，我们需要考虑逆变器的效率、功率因数调整能力等关键参数。
通过这些参数的设置，我们可以模拟不同逆变器在电力系统中的运行情况，以便优化其性能。
变压器在风力发电场的电力系统中起到了电压传递和电能转换的作用。
在建模过程中，我们需要确定变压器的额定容量、变比、绕组电阻和变压器的负载率等参数。
通过对这些参数的合理设置，我们可以模拟出变压器在不同负载情况下的运行状态，并评估其能效指标。
另外，电缆在电力系统中起到了电能传输的作用。
在电力系统建模中，我们需要考虑电缆的损耗、电阻和电容等参数。
通过对这些参数的设置，我们可以准确地描述电缆的传输特性，并评估其电能损耗情况。
本文基于以上分析，对风力发电场的电力系统进行了建模与仿真研究。
通过仿真实验，我们研究了风力发电机组、逆变器、变压器和电缆等组件在电力系统中的工作特性。
通过对参数的优化调整，我们为风力发电场的建设和运营提供了一定的指导。
总结起来，本文通过建立精确的电力系统模型，对风力发电场的电力系统进行了仿真研究。
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。
风力发电机组实验报告单
实验一 ：风力发电机组的建模与仿真姓名：颜翔宇 学号：031240839一、实验目的:1. 掌握MATLAB/Simulink 模块的使用方法；2. 掌握风力发电机组的数学模型3. 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： 3.1风速模型的建立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：⎪⎩⎪⎨⎧=0cos v g V g g 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 。
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。
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实验一 :风力发电机组得建模与仿真姓名:樊姗学号:031240521一、实验目得:1掌握风力发电机组得数学模型2掌握在MATLAB/Simulink环境下对风力发电机组得建模、仿真与分析;二、实验内容:对风速模型、风力机模型、传动模型与发电机模型建模,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、各种发电机得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得模型、包括了可供电网分析得各系统得简单数学模型,对各个数学模型,应用 MATLAB 软件进行了仿真。
三、实验原理:3、1风速模型得建立自然风就是风力发电系统能量得来源,其在流动过程中,速度与方向就是不断变化得,具有很强得随机性与突变性。
本课题不考虑风向问题,仅从其变化特点出发,着重描述其随机性与间歇性,认为其时空模型由以下四种成分构成:基本风速、阵风风速、渐变风速与噪声风速。
即模拟风速得模型为:(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得变化。
一般认为,基本风速可由风电场测风所得得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得特点,其在该段时间内具有余弦特性,其具体数学公式为:(1-2)式中:(1-3)t 为时间,单位 s;T为阵风得周期,单位 s;,为阵风风速,单位m /s;为阵风开始时间,单位 s ;为阵风得最大值,单位 m/s。
(3)渐变风用来描述风速缓慢变化得特点,其具体数学公式如下:(1-4)式中:(1-5) 为渐变风开始时间,单位 s;为渐变风终止时间,单位 s ;,为不同时刻渐变风风速,单位 m/s;为渐变风得最大值,单位 m/s 。
(4)随机噪声风用来描述相对高度上风速变化得特点,此处不再描述。
3、2风力机模型得建立风力机从自然风中所索取得能量就是有限得,其功率损失部分可以解释为留在尾流中得旋转动能。
能量得转化将导致功率得下降,它随所采用得风力机与发电机得型式而异,因此,风力机得实际风能利用系数 <0、593。
风力机实际得到得有用功率为:(2-6) 而风轮获得得气动扭矩为:(2-7)其中:表示有用功率,单位为w;表示空气密度,单位为Kg/m;R表示风轮转动半径,单位为m;表示风速,单位为m/s;表示风能利用系数;表示气动转矩系数;并且有:(2-8) (2-9)称为叶尖速比;为风轮角速度,单位为 rad/s。
3、3传动系统模型得建立本实验在分析传动系统机理得基础上,建立系统得刚性轴模型。
刚性轴模型认为传动系统就是刚性得,即低速轴,增速齿轮箱传动轴,高速轴都就是刚性得。
忽略风轮与发电机部分得传动阻尼,最后可得传动系统得简化运动方程为:(3-10)其中:为风轮转动惯量,单位;n 为传动比;为发电机转动惯量,单位;为发电机得反转矩,单位。
并且:(3-11) 为发电机转速,单位 rad/s。
3、4发电机模型得建立本实验只建立发电机得模型,而忽略变频装置。
发电机得反扭矩方程为:(4-12)(4-13) 其中:为发电机极对数;为相数;为电压;为修正系数;为发电机得当量转速;为发电机转子转速;为发电机得同步转速;,分别为定子绕组得电阻与漏抗;,分别为归算后转子绕组得电阻与漏抗,单位为Ω。
四、实验结果与分析:4、1风速模型及仿真结果4、1、1阵风模型及仿真结果123456阵风风速2渐变风模型及其仿真结果0123456789渐变风速3总得风速模型总得风速4、2风力机模型及仿真结果Pr1234x 106Tr0.20.40.60.811.21.41.61.8264、3传动系统模型及仿真结果wr0.511.54、4发电机模型及仿真结果Te4、5风机组模型及仿真结果波形从上到下分别就是: 角速度风速、输出功率4、6结果分析(1)由上图可知系统输出得功率波形与输入得风速有关,由于系统中存在噪声所以输出地功率存在很大得噪声,风轮机与发电机得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。
角速度没有太大得冲击变化,对硬件机器得损坏很小。
(3)功率系数图可以瞧出,风能利用系数比较低,基本运行在 0、35 以下,必会造成风能得极大浪费。
(4)风轮转速基本一直运行在 0、9rad/s 以下,而文章得风轮额定转速为 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足,发电效率低下。
五、实验心得通过本次得学习对风机发电机有利一定得了解,从学习中得知风力发电就是20世纪70年代开始研究风电得自主研发能力严重不足,风电设备设计与制造水平比较落后,总体上还处于跟踪与引进国外先进技术得阶段。
目前,我国得风电机组在控制系统、轴承、风机叶片、齿轮箱等零部件方面存在较大得供需矛盾。
虽然整个风电产业发展较快,但就是风电设备厂商在这方面明显生产能力不足,尤其在兆瓦级容量得风电机组中,轴承与电控系统几乎没有生产能力。
在风电机组整体设备中,电控系统又就是风机得大脑与核心。
因此,风电机组电控系统国产化对于整个风电产业来说都就是十分紧迫与必须得。
通过廖老师讲授,我完成了本次试验,对风力发电机组有了深刻得了解与认识,为以后得发展与工作奠定了坚实得基础,本次试验时通过MATLAB 对风力发机得风力机模型、传动装置、发电机模型及风速进行了仿真,分析每部分之间得关系,为以后深入得学习风力发电系统打下了良好得基础。
实验二:低/高风速时风力发电机组风轮转速得控制器设计姓名:樊姗学号:031240521一、实验目标:1、1掌握模糊控制系统得原理及实现方法;1、2掌握风力发电机组在高风速与低风速时得控制原理研究方法;1、3掌握控制器对锋利机组得优化方法;二、实验内容:2、1对模糊控制系统得原理进行学习研究,并且遵循模糊控制器设计得规则与方法,设计适合风力发电机组得模糊控制器。
如在高风速时随着风速以及风轮转速得变化,通过控制变桨距不断得调整桨距角,使风轮得功率因数变化,从而改变输出功率,使输出功率始终维持在一个合理得恒值状态。
2、2对风力发电机组在高风速与低风速时得控制原理研究,并针对系统控制原理得特点,分别设计了模糊控制器,继而进行了高风速与低风速时得仿真研究,并且将数据进行计算,比对证明模糊控制系统就是否成功,同时找出系统设计中得优点与不足,进行推广与改造。
三、实验原理:模糊控制系统一般主要由模糊控制器,输入/输出接口电路,广义对象以及检测装置构成。
模糊控制器就是模糊控制系统得核心,其主要作用就是完成输入精确量得模糊化处理,并运用模糊规则进行运算,进而进行模糊推理决策运算以及精细化处理等重要过程。
其就是一个模糊控制系统优劣性能得指标。
输入输出接口电路就是模糊控制器连接前后系统得两个通道口,其作用就是用来传递信号,并完成模拟信号与数字信号之间得转换,用以控制执行器得动作,以实现控制被控对象得目得。
广义对象包括执行机构与被控对象两部分。
检测装置在模糊控制系统中占据非常重要得地位,其精度直接影响整个控制系统得性能指标,因此要求其精度高,可靠且稳定性好。
模糊控制系统得工作原理就是:由检测装置得数据采集单元获取被控变量,经转换与运算处理后,输出精确值,然后精确值与给定值进行比较获得精确偏差,经模糊控制器进行模糊化处理,模糊规则及推理运算,最后经过精确化处理输出精确量,经接口转换送给执行机构执行,使之达到控制对象得目得。
四、实验结果与分析:4、1模糊控制器模型4、2不同波形下得结果4、2、1输入波形三角波模糊控制器规则:风机模型PS6发电机5风速w4、2、2输入波形 矩形波模糊控制器规则风机模型PS6x 10发电机5风速角速度4、2结果分析通过对上面波形对比可知两个波形都存在噪声得干扰,但就是在没有加入控制器得冲击很大,会对后期得产生很大得麻烦,同时也会对风机会有一定得损坏。
波形在控制器得基础上增加了滤波装置,使输出得波形更加得平滑、稳定,更有利于风机得功率输出。
五、实验心得通过本次实验我学会了模糊控制得设计与使用及滤波器在系统中得重要性,模糊控制以模糊数学理论,即模糊集合论,模糊语言变量以及模糊逻辑推理等作为理论基础,以传感器技术,计算机技术与自动控制理论作为技术基础得一种新型自动控制理论与控制方法。
模糊控制器广泛应用于复杂得工业过程控制中,其控制对象一般情况下具有以下几个特点:一就是对象模型不确定;二就是模型得结构与参数可能在大范围内变化;三就是具有非线性特性;四就是具有复杂得任务与要求。
而我们本次得实验风机发电机系统得控制恰恰存在以上特点。
模糊控制器得设计主要包括结构选择,模糊化与反模糊化方法,以及模糊控制器参数得设定等几个方面。
所谓得模糊控制器得结构选择,就就是确定模糊控制器得输入输出变量。
模糊控制器得结构对整个模糊控制系统得性能影响很大。
在一般得模糊控制系统中,考虑到模糊控制器实现得简便性与快速性,通常采用二维模糊控制器结构形式。
这类模糊控制器以系统偏差及其变化率为输入语言变量,因此具有类似于常规 PD 控制器得特性,无法消除系统得静态偏差,不能获得无差控制,所以在本次设计中,把积分作用引入到模糊控制器中,从而形成 PID 模糊控制系统。
本次得实验不光应用了模糊控制器还在功率输出端添加了滤波器,使得输出得波形更加稳定,平滑。
从而使得对电网及系统得冲击减少达到了优化得效果。