适用于电力系统全过程动态仿真的风电机组典型模型_刘涛
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 。
利用CAD技术的风力发电机组三维模型设计与制造
利用CAD技术的风力发电机组三维模型设计与制造风力发电机组是利用风能转化为电能的装置，它由风力发电机和支架组成。
而CAD技术（计算机辅助设计）是一种利用计算机进行工程图形的辅助设计方法。
本文将重点介绍利用CAD技术进行风力发电机组的三维模型设计与制造的过程。
1. 需求分析在进行风力发电机组的三维模型设计与制造之前，首先需要进行需求分析。
我们需要考虑的因素包括风力发电机组的功率、转速、叶片数量等。
通过确定这些参数，我们可以根据实际需求进行三维模型的设计与制造。
2. 三维建模利用CAD技术进行风力发电机组的三维建模是设计与制造的基础。
我们可以根据需求和设计要求，采用CAD软件中的建模工具进行对风力发电机组的建模。
首先，我们需要绘制整个风力发电机组的骨架结构，包括支架和发电机等，然后再逐步添加叶轮、传动系统等细节。
确保模型的每个部分都符合设计要求，并且能够实现正常运转。
3. 材料选择在进行风力发电机组的制造之前，需要选择合适的材料。
这些材料需要具备一定的强度和耐久性，以及适应各种环境条件的要求。
根据模型设计，我们可以确定所需要的材料种类和尺寸，然后选择高质量的材料进行制造。
4. 制造工艺制造风力发电机组的过程需要考虑到材料的加工、组装以及质量控制等问题。
根据三维模型设计，我们可以将模型分解为各个零件，并制定相应的制造工艺流程。
例如，通过数控机床对金属零件进行加工，利用3D打印技术对塑料零件进行制造等。
此外，还需要进行合适的组装过程，确保各个零件的拼接紧密无缝。
5. 模型测试与改进制造完成后，对风力发电机组的三维模型进行测试和改进是必要的。
我们可以利用计算机模拟软件对模型进行动力学分析，检测其在不同工作条件下的性能表现。
根据测试结果，我们可以对模型进行必要的改进和优化，以达到更好的发电效果和可靠性。
综上所述，利用CAD技术进行风力发电机组的三维模型设计与制造需要进行需求分析、三维建模、材料选择、制造工艺和模型测试与改进等步骤。
风电装备载荷仿真系统简介
风电装备载荷仿真及系统简介风电装备载荷仿真系统是一个涉及多个学科的复杂技术领域，主要包括空气动力学、机械工程、电机学、电力电子技术、电力系统自动化、运动控制系统以及计算机及DSP技术等。
在风电装备载荷仿真方面，主要研究风力发电机组的动力学特性，以及风能转换过程中各种载荷的仿真分析。
通过建立风力发电机组的动力学模型，结合风场的风速、风向等气象数据，可以预测和模拟风力发电机组的运行状态和载荷情况。
这种仿真技术有助于优化风力发电机组的设计，提高其可靠性和稳定性，同时也可以为风力发电机组的维护和检修提供重要的技术支持。
在系统控制技术方面，风电装备的控制系统是实现高效稳定运行的关键。
控制系统需要实时监测风力发电机组的运行状态，并根据不同的工况和载荷情况，通过调节叶片角度、发电机转速等方式，对机组进行精确的控制。
此外，风电装备控制系统还需要具备故障诊断和保护功能，能够在出现异常情况时及时采取保护措施，保证机组的安全稳定运行。
风电装备载荷仿真及系统控制技术的应用范围非常广泛，包括风力发电机组的设计、制造、安装、运行和维护等各个环节。
通过这些技术的应用，可以进一步提高风电装备的运行效率和稳定性，降低运行成本和维护成本，同时也有助于推动风电产业的可持续发展。
风电装备载荷仿真系统主要由载荷仿真及控制系统两部分组成：一、载荷仿真的主要功能1、建立风力发电机组模型：根据风力发电机组的结构和动力学特性，建立相应的数学模型，包括叶片、塔筒、发电机等关键部件。
2、气象数据输入：收集风场的风速、风向等气象数据，作为仿真模型的输入条件。
3、载荷计算：根据风速、风向和风力发电机组的运行状态，计算出风力发电机组在不同工况下的载荷情况。
4、仿真结果分析：对仿真结果进行分析，评估风力发电机组的性能和安全性，优化机组的设计和配置。
二、控制系统的主要功能1、控制系统硬件配置：选用可靠的硬件设备，如传感器、执行器、控制器等，搭建起风电装备的控制系统。
风力发电机组多领域耦合建模与分析
风力发电机组多领域耦合建模与分析随着全球对可再生能源的日益重视，风力发电已经成为了现代能源领域不可或缺的一部分。
其中，风力发电机组作为风力发电的核心装置，其在能源产业中的重要性也不容小觑。
然而，要使风力发电机组能够更高效地工作，避免故障和损坏，必须对其进行深入的研究和分析。
本文将介绍风力发电机组多领域耦合建模与分析的相关内容。
一、风力发电机组的多领域耦合为了更好地理解风力发电机组的多领域耦合，我们先来看一下风力发电机组的基本工作原理。
风力发电机组通过将风能转化为机械能，再由电机将机械能转化为电能，最后将电能输送到电网中。
其中，风力机、变速器、发电机、变流器等部件相互协同工作，完成了风力发电机组的转换过程。
由于风力发电机组是由多个不同领域的部件组成的，各个部件之间存在着相互作用和影响。
换句话说，风力发电机组的各项参数之间相互联系，它们之间的耦合作用非常显著。
例如，风力机的风速和方向会影响到变速器、发电机的工作效率；变速器的质量和齿轮系统的损耗会影响发电机的输出功率；变流器的电网电压和负载特性直接影响到风力发电机组的发电效率及其稳定性等等。
这样看来，仅仅对每个部件的性能进行分析是远远不够的。
只有建立一种全面综合的模型才能更好地研究风力发电机组多领域耦合的现象。
二、风力发电机组的多领域耦合建模建立风力发电机组的多领域耦合模型，需要考虑到多个方面的因素。
通常情况下，可能涉及到机械传动、流体动力学、电磁场等多个领域的知识。
因此，建模会涉及到不同的技术手段和工具。
在建模过程中，要首先将各个部件的单独模型建立起来。
例如，可以考虑机械传动的建模，通过力学的知识，可以建立各个部件之间的转动传动模型。
同样地，电磁场模型建立，也可以考虑传统的电磁场理论和实验测量等。
在流体动力学建模方面，可以通过CFD（计算流体力学）和实验分析等手段，对流场和风场进行建模，甚至可以应用人工神经网络、遗传算法等人工智能技术。
对于上述各种单独模型，需要完成参数校准、验证和调优，以便能够使用它们建立多领域耦合模型。
风电发电系统建模与控制策略研究
风电发电系统建模与控制策略研究随着全球对可再生能源发电的需求日益增长，风能成为了最受关注的一种可再生能源之一。
风电发电系统已经成为了全球主流的电力生产方式。
控制策略和系统建模是风电系统设计中最关键的方面之一，也是未来风能行业发展和实现高效利用的关键。
一、风电系统建模风电系统模型是对系统的数学描述，用于分析系统性能和特性的工具。
风电系统模型一般包括机械子系统、电气子系统和电网子系统三个方面。
机械子系统包括风轮、转子、齿轮箱、发电机和塔架等部分。
电气子系统包括变流器、变压器、电容器等部分。
电网子系统包括机组出力或网络气象条件的变化、电网负荷和运行工况等因素。
对于风电系统的建模，需要考虑到系统各种子系统及其之间的耦合关系，并确定合适的模型参数和模型形式。
各子系统之间不同类型成分之间的耦合关系是非常关键的，例如机械子系统中风轮和发电机间的转矩耦合、电子系统中变流器与发电机的电气耦合以及电气系统中负荷改变和电容器的影响等。
为了更好地模拟风电系统的行为，建模还需要考虑稳态与瞬态两种特性。
通常在建模时，使用等效电路模型或者传递函数模型的方法，这两种方法也是目前风电系统建模的主要方法。
二、风电控制策略风电系统控制是保证风电系统稳定运行和高效工作的关键。
风电控制策略是提高风电系统全局性能的关键规则和指导方针。
常用的风电控制策略包括：（1）桨叶安装角度控制策略该策略根据风速和机组状态来调节桨叶安装角度，控制风轮的收集力，从而保证系统的电能贡献和安全性。
（2）切除/ 自动故障检测策略该策略用于检测异常事件，如大风或系统故障，以及监测机组内层子系统和外层子系统之间的互动行为，有效降低系统失效风险并保证电网稳定性。
（3）功率跟踪为了维持电网系统的电能贡献，风电系统需要基于当前风速和电网反馈信息来跟踪机组出力。
三、风电系统发展趋势未来，随着风电系统的技术改进和不断的经验积累，风电系统将在可靠性和控制策略等方面得到进一步的改进。
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
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。
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。
双馈风电机组的通用型机电暂态模型及其电磁暂态模型的对比分析
双馈风电机组的通用型机电暂态模型及其电磁暂态模型的对比分析刘其辉;韩贤岁【摘要】The computing speed of electromagnetic transient model forwind power system is very slow because of its complexity. To solve this problem, a general electromechanical transient model is studied, in which there are not electrical components and high frequency switching device, and it only consists of pure mathematic calculations, is simple and has fast calculation speed. There are four parts including wind speed model, wind turbine control, generator/convertor model, and electrical control model. By comparing the simulation results of this electromechanical transient model with electromagnetic transient model in PSCAD, we found that the simulation time is reduced greatly and the results are agreeable basically, the simulation efficiency can be increased significantly at the same time guarantee the accuracy of the calculation accuracy. The electromechanical transient model provides reference model for simulation and modeling of large scale grid-connected wind farm and is of great practical value.%针对风力发电系统的电磁暂态模型复杂、计算速度慢的问题，研究了一种风力发电系统的通用性机电暂态模型。
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
风力发电机组动态模型研究
风力发电机组动态模型研究随着人们对可再生能源的重视和风能技术的不断发展，风力发电机组动态模型的研究变得越来越重要。
本文将围绕风力发电机组动态模型展开情节，介绍相关的数学模型、理论知识和算法，并适当总结前文的主要观点和证据。
风力发电机组动态模型描述了风力发电机组在风速、功率输出、空气动力学等方面的性能。
通过建立动态模型，可以对风力发电机组进行模拟和分析，以优化其性能、控制策略及可靠性。
在本文中，我们将介绍一种基于数学模型和理论知识的风力发电机组动态模型。
风力发电机组动态模型的数学模型通常包括风速模型、发电机组功率模型、控制模型等。
风速模型描述了风力发电机组所处风场的特性，包括平均风速、风速谱等。
常用的风速模型包括威布尔分布、瑞利分布等。
通过对风速模型进行分析，可以了解风场的风能特性和风力发电机组的可靠性。
发电机组功率模型描述了风力发电机组如何将风能转化为电能的过程。
根据贝茨理论，风能转换为电能的效率取决于风轮直径、风速、空气密度等因素。
通过建立功率模型，可以分析风力发电机组的功率输出性能，从而优化其设计。
控制模型描述了风力发电机组的控制策略，包括最大功率追踪、载荷控制等。
通过建立控制模型，可以实现风力发电机组的智能控制，提高其运行效率和可靠性。
风力发电机组动态模型的理论知识主要包括空气动力学、机械传动、电力电子技术等。
空气动力学是研究气体与固体表面相互作用的科学。
在风力发电机组中，空气动力学用于分析风轮在风场中的表现，包括升力、阻力等。
通过优化风轮的空气动力学设计，可以提高风力发电机组的功率输出和运行效率。
机械传动是实现风能转换为电能的关键环节。
在风力发电机组中，机械传动将风轮的动力传递给发电机，使其转化为电能。
机械传动的性能直接影响到风力发电机组的效率和可靠性。
电力电子技术是实现风力发电机组控制和并网的关键技术。
通过电力电子技术，可以实现发电机的矢量控制和最大功率追踪等功能，从而提高风力发电机组的运行效率和可靠性。
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。
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。
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电力系统中的风电功率预测模型构建与分析
电力系统中的风电功率预测模型构建与分析在当今能源紧缺和环境保护日益重要的背景下，可再生能源的应用越来越广泛。
风能作为一种清洁、可再生的能源形式，已经成为当今电力系统中的重要组成部分。
然而，由于风能的不稳定性和难以预测性，风电功率预测成为了电力系统规划、调度和运营中的关键问题。
因此，构建准确且可靠的风电功率预测模型对于电力系统的稳定运行和经济性至关重要。
为了解决风电功率预测问题，研究人员们提出了各种预测模型。
下面将介绍几种常用的风电功率预测模型，并分析它们的特点和适用范围。
1. 物理模型物理模型基于风能的物理特性和机理原理，通过建立风力发电机和风速之间的数学模型来预测风电功率。
该模型需要大量的风速、温度、湿度等气象数据和风电机组的运行参数，并考虑地形、大气稳定度等因素的影响。
物理模型的优势在于能够准确地预测风电功率，尤其适用于中长期功率预测。
然而，物理模型对数据的要求高，需要大量的气象数据和风电机组运行参数，且计算复杂，因此不能满足实时预测的需求。
2. 统计模型统计模型通过对历史风速和风电功率数据的统计分析来建立预测模型。
常用的统计模型包括时间序列模型、回归模型和人工神经网络模型。
时间序列模型基于时间序列的特性，通过对历史数据的自相关性和趋势进行分析来预测未来的风电功率。
回归模型则通过建立风电功率和气象数据之间的线性或非线性回归关系来进行预测。
人工神经网络模型则是通过模拟神经元之间的连接和运算过程来建立预测模型。
统计模型具有计算简单、预测准确度较高的特点，适用于短期和中期功率预测。
3. 智能优化模型智能优化模型结合了机器学习和优化算法，通过对大量历史数据的学习和训练来建立风电功率预测模型。
常用的智能优化模型包括遗传算法、粒子群算法和支持向量回归等。
这些方法能够自动地从海量数据中提取风能的规律和特征，并建立高精度的预测模型。
智能优化模型通过不断的学习和适应能够提高预测的准确性，并优化预测模型的参数。
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.
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第39卷第3期电网技术V ol. 39 No. 3 2015年3月Power System Technology Mar. 2015文章编号：1000-3673（2015）03-0609-06 中图分类号：TM 721 文献标志码：A 学科代码：470·4051适用于电力系统全过程动态仿真的风电机组典型模型刘涛1，戴汉扬1，宋新立1，仲悟之1，侯俊贤1，叶小晖1，张爽2（1．中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192；2．宁夏电力科学研究院，宁夏回族自治区银川市 750001）A Typical Wind Power Generation Set Model of Suitable for Full Dynamic Simulation ofPower GridLIU Tao1, DAI Hanyang1, SONG Xinli1, ZHONG Wuzhi1, HOU Junxian1, YE Xiaohui1, ZHANG Shuang2(1. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China;2. Ningxia Electric Power Research Institute, Yinchuan 750001, Ningxia Hui Autonomous Region, China)ABSTRACT: The stochastic fluctuation of the output of wind power generation brings adverse impacts on both planning and operation of power grid. In allusion to the defects in the model used in domestic wind power generation simulation, including insufficient accuracy of electromechanical transient simulation results and lacking of the model for medium- and long-term dynamic simulation, a typical wind power generation set model suitable for full dynamic simulation of power grid is established. Since the generator model and converter control model that can reflect the electromechanical transient characteristic of wind power generator set and low-voltage ride-through (LVRT) control strategy and protection model as well as the wind speed fluctuation and active power control model that can reflect the medium- and long-term dynamic characteristics of wind power are included in the established model, so using the established model the electromechanical transient characteristics of wind power generation sets, especially the operating characteristic during the LVRT process can be accurately simulated; by means of presetting the input of wind speed fluctuation, both the output variation of wind power generation set in a long-term and its impact on power grid can be accurately simulated. Comparing simulation results of actual large-scale power grid by the proposed wind power generation set model with the measured data of the same large-scale power grid, the effectiveness of the proposed wind power generation set model in the electromechanical transient simulation and in the medium- and long-term dynamic simulation is validated.KEY WORDS: electromechanical transient characteristics;基金项目：国家863高技术基金项目(2011AA05A103)；国家电网公司科技项目资助(SGHB0000KXJS1400040)。
The National High Technology Research and Development of China (863 Program)(2011AA05A103).medium- and long-term dynamic simulation; converter control; low voltage ride-through control strategy; wind volatility fluctuation model; active power control model摘要：风电的随机波动性给电网的规划运行带来了不利的影响。
针对目前国内在风电仿真分析时使用的模型所存在的问题，包括机电暂态特性仿真不够准确且缺乏中长期动态仿真等，建立了适用于电力系统全过程动态仿真的典型风电机组模型。
该模型包括反映风电机电暂态特性的发电机和换流器控制模型、低电压穿越控制策略和保护模型，以及反映风电中长期动态特性的风速波动和有功控制模型。
该模型能够对风电机组机电暂态特性，特别是低电压穿越过程的运行特性进行准确地仿真；通过设置风速波动输入，能够较准确地模拟风电机组出力的长时间变化过程及其对电网造成的影响。
通过与大电网实测数据的仿真对比，验证了风电机组模型在机电暂态和中长期动态仿真中的有效性。
关键词：机电暂态特性；中长期动态仿真；换流器控制；低电压穿越控制策略；风速波动模型；有功控制模型DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2015.03.0040 引言随着风电装机容量的不断增加，大规模风电场并网将给电网的运行调度带来巨大压力，与其相关的局部电网稳定性、无功电压及低频振荡等问题不容忽视[1-4]；且由于风电的间歇性和不确定性，其大规模接入系统后，系统调频调峰及动态电压稳定性问题将变得突出[5-6]。
电力系统数字仿真技术是分析和掌握风电特性、提高源网协调性能的重要技术手段。
风电机组中的换流器采用的电力电子器件具有快速的响应特性，而从分钟级以上的时间尺度看，风电的动力610 刘涛等：适用于电力系统全过程动态仿真的风电机组典型模型V ol. 39 No. 3系统输入和输出波动特性非常明显，具有慢速动态特性。
因此，对风电系统建模、仿真及相关的源网协调技术的研究是一个多时间尺度的复杂问题。
建立能够精确反映风电机组短期和中长期运行特性的模型[7]，可为研究风电的机电暂态和中长期动态特性、分析风电动态行为对电网造成的影响及研究风电接入后的源网协调技术等提供指导。
现有的仿真模型和软件主要集中在风电的电磁暂态和机电暂态仿真分析方面，难以满足大规模风电长时间波动过程的研究需要[8]。
并且，在对实际电网中运行的风电机组机电暂态特性，特别是低电压穿越(low voltage ride-through，LVRT)特性进行仿真时，存在模拟不够准确或者模型参数和策略配置过于复杂的问题。
为了建立一套反映风电机组暂态和中长期动态特性的典型模型，本文首先研究风电机组建模的现状；然后建立适用于电力系统全过程动态仿真[9]的风电模型，包括双馈和直驱风电机组(permanent synchronous generator，PMSG)的机电暂态模型，以及风电场的中长期风速波动模型和有功控制模型；最后在全过程动态仿真程序中对该模型进行开发，并通过实际电网的算例进行仿真与实测的对比，验证模型的准确性和实用性。
1 风电机组建模研究现状分析目前，国内外许多科研单位、高校、电力公司和风电生产厂家等都进行了大量研究，建立了多种风电模型，并在仿真软件中开发实现。
其中，国外已建立的风电模型主要有3种：WECC(Western Electricity Coordinating Council)联合GE公司(General Electric Company)、EPRI(Electric Power Research Institute)和西门子公司提出的模型[10-11]；IEC(International Electro technical Commission)推荐的计算模型[12]；德国DIgSilent公司提出的模型[13]。
这些模型已在大型电力系统分析软件PSLF (positive load flow program)、PSS/E(power system simulator/engineering)、DIgSILENT PowerFactory中开发实现[14]。
而国内风电建模工作起步较晚，常用的PSD(power system department)电力系统仿真软件包和PSASP(power system analysis software package)中的模型是源于GE公司的模型。
上述模型和软件在对我国实际电网中运行的风电机组进行仿真应用时，仍存在模拟不够准确、模型参数和策略配置复杂的问题，具体表现在：1）WECC提出的模型、PSLF及PSS/E软件中的模型，其发电机采用代数运算的电流源进行模拟，变频器控制相对简单，低电压穿越的控制策略主要使用限幅来实现，且没有考虑Crowbar保护等，不能准确模拟电网故障期间及恢复过程中的发电机动态过程。