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 V

2.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。 4.模拟风速

模拟风速模型：

仿真图：

分析：将基本风，阵风，渐变风，以及噪声进行叠加就可形成自然风的模型，由图可以看出在第7秒时速度达到最大值。

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