基于-matlab的风力发电机组的建模和仿真
基于MATLAB的风力发电系统设计
基于MATLAB的风力发电系统设计风力发电是一种利用风能将其转化为电力的可再生能源技术。
在风力发电系统设计中，MATLAB是一个非常有用的工具，可以用于建立模型、仿真和优化算法等。
在本文中，将介绍基于MATLAB的风力发电系统设计的一般流程，并重点讨论一些关键的设计步骤和注意事项。
风力发电系统设计的一般流程如下：1.风资源评估和选择合适的发电机：风力发电的第一步是评估目标地区的风资源，并选择合适的风力发电机。
MATLAB可以用于分析风速数据，预测风资源，并基于性能曲线选择合适的发电机。
2.发电机功率曲线建模：在设计风力发电系统时，需要建立发电机功率曲线模型。
MATLAB可以用于拟合风力发电机的性能数据，建立功率曲线模型，并用于后续的系统模拟和优化。
3. 风力发电系统建模：建立风力发电系统的模型是设计的关键一步。
MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以用于建立风力发电系统的模型，包括风轮、变速传动系统、发电机、电力网等。
可以使用Simulink来建立系统的动态模型，并进行仿真分析。
4.控制系统设计：风力发电系统的控制系统设计对系统的性能和稳定性有着重要影响。
MATLAB可以用于设计和优化控制算法，包括风轮的速度控制和发电机的电力输出控制。
5.系统优化和性能评估：MATLAB提供了优化工具箱，可以用于系统参数的优化和性能评估。
可以通过调整系统参数，以提高发电量、降低成本、提高系统稳定性等指标。
在进行基于MATLAB的风力发电系统设计时1.数据准确性：风力发电系统设计的准确性和可靠性取决于输入数据的准确性。
因此，需要确保使用的风速数据和发电机性能数据是准确可靠的。
2.模型验证：在设计系统模型和控制算法之前，需要对模型进行验证。
可以使用现场实验数据与模型仿真结果进行对比，验证模型的准确性。
3.多学科交叉：风力发电系统设计涉及多个学科领域，包括机械、电气、控制等。
需要与相关专业人员进行合作，并充分考虑系统的多学科交叉问题。
基于MatlabSimulink的永磁直驱风力发电机组建模和仿真研究
研究
01 引言
03 建模与仿真 05 结论与展望
目录
02 相关技术综述 04 结果与分析
引言
随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，可再生能源的开发和利用逐渐成 为研究热点。风能作为一种清洁、可再生的能源，在全球范围内得到了广泛应用。 永磁直驱风力发电机组是一种新型的风力发电系统，具有高效、可靠、节能等优 点，在风能利用领域具有广阔的应用前景。MatlabSimulink作为一种强大的数值 计算和仿真工具，为永磁直驱风力发电机组的建模和仿真研究提供了有效的手段。
结论与展望
本次演示基于MatlabSimulink对永磁直驱风力发电机组进行了建模和仿真研 究，探讨了风速、控制策略和冷却系统等因素对发电机组性能的影响。通过仿真 实验，发现了一些有实用价值的结果，为实际应用提供了参考。然而，本研究也 存在一定的局限性，未来可以对风速模型、控制策略和整个风力发电系统进行更 深入的研究和优化。
通过仿真研究，可以分析不同设置条件对模型和仿真的影响。例如，改变风 速大小和变化规律，分析发电机组的输出功率和效率变化；调整控制策略，研究 其对电机控制性能的影响；改变冷却系统参数，分析其对电机温度场分布的影响 等。通过对比实验和仿真结果，可以总结出建模与仿真的方法与技巧，为实际应 用提供参考。
结果与分析
建模与仿真
在MatlabSimulink中建立永磁直驱风力发电机组的模型，需要对各个组成部 分进行详细建模。首先，建立风速模型，根据风速的变化，通过控制电力电子变 换器来调节发电机转速，实现风能的最大捕获。其次，建立永磁发电机模型，根 据磁场分布和电机的结构参数，计算电机的电磁性能。此外，还需要建立电力电 子变换器和控制系统模型，实现电能的转用价值的结果。首先，风速对永磁直驱 风力发电机组的输出功率和效率具有显著影响。在平均风速较高的情况下，发电 机组的输出功率和效率较高；而在风速波动较大的情况下，发电机组的输出功率 和效率会受到一定影响。其次，控制策略对发电机组的性能具有重要影响。
MATLAB在风力发电技术中的应用仿真(共33张)
图9-2 基于普通(pǔtōng)感应发电机的定速风电机组
第4页，共33页。
0.5 0.4 0.3
C p 0.2
0.1
0o
10o
2.5o
5o
0.0
-0.1 0
25o
2
4
6
15o
8 10 12 14 16
图9-3 关系(guān xì)曲线
第5页，共33页。
wi n d tu rb i n e 1
Vdc
Vdc (V)
wr
Speed (pu)
pitch pitch angle (deg)
图9-12
wi n d tu rb i n e 2
Trip
Wi n d T urbi ne Pro te cti o n
Trip Time
0
[T ri p_WT ]
0
Phasors pow ergui
第25页，共33页。
信号 1~3 4~6 7~8 9~11
表9-2 双馈变速风电机组输出(shūchū)信号
信号名称 Iabc(cmplx) (pu) Vabc(cmplx)(pu) Vdq_stator(pu) Iabc_stator (cmplx)(pu)
信号定义
以发电机额定电压为基准 值的流入风电机组端口电流 相量
A
A
B
B
C
C
Line1
A B C Three-Phase Fault
<wr (pu)> <P (pu)> <Q (pu)>
|u| <Vabc (cmplx) (pu)>
y From Workspace
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。
基于Matlab的离网型风力发电系统建模与仿真
基于Matlab的离网型风力发电系统建模与仿真王美;温彩凤【摘要】With the increasing demand of green energy, more and more attentions have been paid on the development and applications of household wind power generation system. In this paper, the model of off-grid household wind power generation system was established under the Matlab/ simulink environment. And the authors have developed the wind power generation system through analyzing the wind speed and various parts of the system. Simulation results show that the system with lead-acid battery could run stably under various wind speed, and the voltage and current waveforms of load can meet the requirements of customers.%随着对绿色能源的需求,农村户用小型风力发电系统的开发与应用越来越被重视.该文在Matlab/simulink环境下建立了离网小型风力发电系统仿真模型,模型通过对风速和系统各部分进行理论分析,实现整体模型的搭建.仿真结果表明,在铅酸蓄电池作用下,系统能在变化风速下持续稳定运行,负载端电压符合用户要求.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2012(038)006【总页数】5页(P91-95)【关键词】离网;小型风电;Matlab/simulink;建模;仿真【作者】王美;温彩凤【作者单位】呼和浩特职业学院,内蒙古呼和浩特010051;呼和浩特职业学院,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学能源与动力工程学院,内蒙古呼和浩特010051【正文语种】中文【中图分类】TK83;TM614;TP391.9;TP311.520 引言离网小型风力发电是20世纪80年代兴起的一项新能源技术，它以经济、方便、实用的特点成为风电技术的一个重要方向[1]。
基于Matlab的小型风力发电系统仿真分析
基于Matlab的小型风力发电系统仿真分析设计研发 Research & Design基于Ｍａｔｌａｂ的小型风力发电系统仿真分析在分析目前小型风力发电系统缺陷的基础上，建立了包括不可控桥式整流器和 Buck 变换器的系统 Matlab 仿真模型，计算得到了包括斩波器的特性、发电机在不同风速下的功率输出以及发电机输出功率和转速的对比仿真结果。
■ 孟繁超宋晓美 / 华北电力大学机械工程系风力发电是技术较成熟、产业发展较快、成本相对较低的可再生能源利用方式。
具有很大１系统结构１．１工作原理本文设计的１ｋＷ独立运行小型风电系统的结构采用直－交－直的框架结构，如图１所示，主要组成部分包括风力机、三相交流永磁同步发电机（ＰＭＳＧ）、三相二极管整流器、ＤＣ／ＤＣ变换器、蓄电池、逆变器以及控制系统，系统各个部分互相关联、协调运行，构成一个智能的交流发电机系统。
风力机驱动永磁同步发电机发电，所发出的电经整流后给蓄电池充电，而逆变器将蓄电池或斩波器输出的直流电变换成交流电供交流负载使用。
Ｂｕｃｋ变换器用来改变风力发电机的负载特性，调节发电机输出功率和控制蓄电池充放电。
耗能负载用来保护风力发电机组。
１．２系统结构特点（１）Ｂｕｃｋ变换器的优点ＤＣ／ＤＣ变换器采用Ｂｕｃｋ变换器，相比于其他种类的变换器具有以下优点：１）电路简单，方便调整，可靠性大大提高。
２）对功率管及其续流二极管的耐压要求降低，只要求大于或等于最高输入电源电压即可。
３）储能电感在功率管导通时储存能量，断开时由储的发展潜力。
但风力发电受环境的影响很大，大风、小风、甚至无风，会使发电机输出特性发生很大的变化，其产生的电能很难满足负载恒定电压的要求。
传统的小型风力发电系统采用的直接发电一充电情况，没有对风电转换进行控制，使风力机没有工作在最佳叶尖速比，风能利用效率低。
大多数风机在采用最大功率点跟踪方法时，都需要知道风机最大功率曲线和风速，或者通过调整风机转速达到最大功率点跟踪的目的。
基于MATLAB的定速风电机组仿真
a
5
恒速恒频风力发电系统并网运行仿真
Tm
A m
B
C
Asynchronous Machine
由上文描述的鼠笼式 风力机的数学模型 可以得到 MATLAB/Simulink 中的异步电机的仿 真模型。Tm为转 子转矩的输入；A、 B、C为三相电压 得输出；m为异步 电机的工作时变量 的输出端口，由此 端口可以得到异步 电机运行时的各种 参量。
9m/s不变，当仿真运行到2s时，风电场与电网连接 处附近发生三相短路故障，经过4s左右时间，开关 动作，故障被切除。
a
15
仿真结果分析
有功功率变化曲线
a
16
仿真结果分析
无功功率变化曲线
a
17
仿真结果分析
出口电压变化曲线
a
18
仿真结果分析
从运行结果可以看出，故障切除回复正常运行后，风电场 的有功功率和电压的恢复较快，在低电压期间，风电场吸 收的无功功率大幅度增加。
本文也用matlabsimulink软件对上述的各种状况进行了仿真对分析了其结果风作用在风轮机的叶片上风轮机利用叶片将风能转化为机轴上的机械能传动装臵将机轴上的较低的旋转速度的运动转变为转速较高的转速并与发电机转子相连接最后由发电机将机械能转化为电能并通过定子输送到电力系统中
基于MATLAB的Байду номын сангаас速风电机 组仿真
a
6
恒速恒频风力发电系统并网运行仿真
A
N
B
C
220 kV
a
A
a
B
b
C
c
220 kV/35 kV 47 MVA
Three-Phase Source
A
基于MATLAB的风力发电机组建模和仿真研究
比Ａ对应与其相应的最大风能利用系数Ｃ。。。对于 任意的叶尖速比，随着桨距角的减小，风能利用系数
逐渐增大。上述结论为变桨距控制提供了理论基
础：在风速低于额定风速时，桨叶节距角口＝０。。发
电机输出功率未达到额定功率，随风速变化通过改
变发电机转子转速或者叶尖速比使风能利用系数恒
定在Ｃ。。。捕捉最大风能。在风速高于额定风速
从自然风只能获取有限能量。风轮实际获得的风能 功率为
Ｐ，＝ｃ，（Ａ，卢）·专－ｐｌｒＲ２移３
（６）
Ａ：坚
（７）
风轮转矩与风速、风轮转速有关，关系式为
ｔ＝岳－ｃｐ㈧鲈扣树毒 ∞，
‘
Ｚ。
∞，
（８）
式中Ｐ。——风轮实际吸收的功率／ｗ；
ＣＡ，·（叶Ａ，尖卢速）—比—；功率系数；
ｒＢ空——气桨密距度角／（。ｋｇ）；·ｍ～；
数，有
云＝后 （蠡为常数）
（２）
２．１．２ 阵风
阵风反映了风速的突变性。其数学模型为
‰＝孚［１一ｃ。ｓ２１Ｔ（争一争）］ （３）
－
１ｇ
１ｇ
２．１．３ 渐变风
渐变风风速是反映风速缓慢变化的特性。其数
学模蚴”尺一（１一等） （４）
·２５·
万方数据
２．１．４随机风
随机风速（％）反映风速变化的随机性，用随机
收稿日期２０ｌｌ—０７一１６ 修订稿日期２０ｌｌ—１０—２０ 基金项目：国家自然科学基金项目（Ｎ０．５１１６７０ｌＩ）；内蒙古自治
区自然科学基金项目（Ｎ０．２０１０Ｍｓ０９０５） 作者简介：陈虎（１９黼一），男．硕士研究生，研究方向：风力发电
机组的智能控制技术。
·２４·
Ｏ引言
风力发电作为一种不竭的可再生资源，具有其 它能源不可取代的优势和竞争力。风能的利用一直 是世界上增长最快的能源，装机容量近年每年增长 超过３０％。预计到２０２０年全球的风力发电装机将
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）
基于MATLAB的风电场建模仿真研究
基于MATLAB的风电场建模仿真研究摘要：如今随着风力发电迅速发展和风电场规模不断的扩大，风电场已经成为电力系统的重要组成部分，但是风力发电的随机性和间歇性对接入电力系统的影响也越来越大，因此建立符合实际情况的实用风电场模型非常重要。
本文分析了双馈异步风力发电机组各个环节的数学模型，包括风速、风力机、传动系统、变桨距控制和发电机等数学模型，从而构建基于双馈异步风力发电机组的风电场详细模型。
根据假设风电场整体风速变化和尾流效应造成风速差异两种情况分别对风电场进行分析，对风力发电机组进行组合并简化，从而构建风电场的两种简化模型。
利用MATLAB仿真工具建立风电场的仿真模型，通过仿真分析，对比风电场详细模型和简化模型来说明不同情况下简化模型的准确性与适用性。
关键词：风力发电；双馈异步风力发电机；风电场；建模仿真0 引言风电是目前世界上增长最快的能源，风电技术是可再生能源中最成熟的一种能源技术。
风电由于清洁、环保、安全，取之不尽，用之不竭的特点，世界各国都把风能开发与利用作为一项极其重视的发展领域。
大型风力发电机的单机装机容量也由原来的几十千瓦发展到现在的数兆瓦以上，导致了大量集中型风电场的出现。
风电系统结构较简单，建设周期较短，可实现孤岛和并网两种运行方式，所以风电是新能源中发展最快的能源，并且世界各国都将风能作为新能源发展的首选，各种风力发电研究课题、风电设备制造及并网标准不断提出[1]。
随着风电场装机容量的不断增大及并网后容量占电网电源比例的不断提高，对电力系统的影响越来越大。
因此首先从风电场建模开始，深入研究风电场的特性及其对电力系统电能质量、安全稳定性的影响，对风电大规模发展和并网都有着非常重要的指导意义。
1风力发电机组的发电原理和数学模型1.1 发电机理风能转换系统主要包括起支撑作用的塔架、起风能的吸收与转换作用的风力机、起连接作用的传动系统（轮毂、齿轮箱、连轴器）、将机械能转换成电能的发电机。
基于Matlab_Simulink的永磁直驱风力发电机组建模和仿真研究-2
基于Matlab_Simulink的永磁直驱风⼒发电机组建模和仿真研究-2发电机参数：极对数42；d 轴电抗1.704mL ；q轴电抗1.216mL ；转⼦磁通4.7442Wb ；转动惯量11258J 。
PI 参数：⽹侧电流内环d 轴（1.5、1），q 轴（0.5、37）；⽹侧功率外环（0.0002、0.05）；直流侧电压（2、120）；机侧电流内环d 轴（-3、-24），q 轴（-3、-80）；机侧功率外环（-3、-60）。
本仿真中风速由6m/s 变化到9m/s ，最后变化到12m/s 。
在最⼤风能捕获控制情况下，随着风速的变化，转⼦转速不断调整，以保持最佳叶尖速⽐，从⽽达到最⼤风能利⽤，图8为风速、转⼦转速、机械和电磁转矩变化曲线。
机侧电压电流变化如图9所⽰，在最⼤风能捕获模式下，电压和电流频率随着风速的增⼤⽽增⼤，电压幅值从260V 变化到400V 、540V ，电流幅值变化为380A 、850A 、1500A 。
电⽹侧及直流侧电压电流变化如图10所⽰，电⽹电压保持恒定，电流幅值随着风速的增⼤⽽增⼤变化范围为：168A 、580A 、1290A 。
直流侧电压在风速突变时有⼀个充电过程，电压升⾼，最⾼达到1320V ，经过⼤约0.1s的暂态过程后恢复到额定值1200V 。
永磁直驱发电机输⼊电⽹有功及⽆功功率如图11所⽰，有功功率随着风速的升⾼⽽不断变化，最后维持在1.1MW ，⽆功功率基本保持为零，波动幅值为5kW 。
实际输出有功功率与参考功率的⽐较如图12所⽰，在风速突变后参考功率⼤于实际输出功率，经过⼤约0.1s 的暂态过程后基本吻合。
永磁直驱发电系统机侧及⽹侧电压电流的d 、q 轴分量的变化如图13、14所⽰。
机侧电压d 、q 轴分量随着风速变化⽽变化，机侧电流采⽤零d 轴控制策略，所以d 轴分量维持为零，q 轴分量反映功率的变化。
⽹侧电压保持恒定，因为⽆功参考值为零，所以图11输⼊电⽹有功及⽆功功率Fig.11Active and reactive power input togrid图12输⼊电⽹有功功率与参考功率图Fig.12Active power input to grid and it ’sreference第27卷第9期电⽹与清洁能源图10电⽹侧及直流侧电压电流变化Fig.10Variation of voltage and current of grid and DC side 图9机侧电压电流变化Fig.9Variation of generator-side voltage andcurrent图8风速、转⼦转速、转矩变化Fig.8Variation of wind speed,rotor speed andtorqueClean Energy97电流q 轴分量为零。
基于matlab风力发电系统的建模与仿真(DOC)
第三阶段：出现在80年代，西方各国如德国、美国等国家开展节能计划，加上各国的鼓励政策，如对风电经行减少税费，对风电经行投资支持等促进了风力发电的发展。
第四阶段：到了90年代，随着全球能源环境问题加剧，人们的画报意识增强，在这种呼声下，各国更加注重发展风力发电，在科学技术进步的强有力的推动下，风力发电的发展前景令人瞩目。
1.2 国内外风力发电的发展概况[4][5][6]
1.2.1世界风力发电的发展状况
风力发电于1890年起源于丹麦，1891年丹麦建成了世界上第一座风力发电站，从此之后风力发电便开始迅速发展壮大起来，之后经过几个重要的发展阶段。
第一阶段：二战前后，随着能源能源需求的增大，很多国家陆续开始将注意力集中在风力发电上。1941年美国研制生产了一台1250kw的所谓的大型风力发电机组，当时还处于初级研制阶段而且技术复杂。因此这种风力发电机组仍处于科研阶段，无法在现实中投产生产。
近十年来，风力发电技术得到了飞速的发展和越来越广泛的应用。要进行风力发电系统的研究，传统的方法是将发电机与风轮机相连，在现场做实验，但是这样做成本较高并且可能影响电力系统的运行。仿真建模技术由于不受上述条件的限制，投入低，见效快，因而在风力发电的研究领域得到了越来越广泛的应用，极大地丰富了风力发电的研究手段[4]
This paper mainlyusingthe MATLAB simulation software, wind power system control model is established and the complete sample wind power generation system model, to build the control model for the simulation analysis, to verify the usability of the wind power system control model, and carries on the analysis to the simulation result through single curve drawing, and use the curve plotting module generates a graphics can be directly used in the simulation results of the study.
基于MATLAB的风力发电系统仿真研究 案例范本
基于MATLAB的风力发电系统仿真研究案例范本摘要：本文基于MATLAB对风力发电系统进行了仿真研究，建立了风力发电机组模型、风能转换模型和电网模型，并进行了系统级联仿真。
通过仿真结果分析，得出了风速、风轮转速、发电机转速、输出电压和电流等参数的变化规律，为风力发电系统的设计和优化提供了参考。
关键词：MATLAB；风力发电系统；仿真研究；模型建立；系统级联仿真Abstract: This paper conducts a simulation study on wind power generation system based on MATLAB, and establishes the models of wind turbine generator, wind energy conversion and power grid, and conducts system-level cascading simulation. Through the analysis of simulation results, the variation laws of wind speed, wind wheel speed, generator speed, output voltage and current and other parameters are obtained, which provides a reference for the design and optimization of wind power generation system.Keywords: MATLAB; wind power generation system; simulation study; model establishment; system-level cascading simulation一、引言随着环保意识的逐渐提高和能源危机的日益加剧，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了越来越多的关注和重视。
基于Matlab的由双馈风力发电机组成的风电场仿真
基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真这里仿真的对象是一个由6台1.5Mw双馈异步风力发电机组组成的9MW的风电场。
这个风电场连接着一个25kV的分布式发电系统，它的电能通过35km长，电压等级为25kV的馈线（B25）输入到120kV的电网上。
有2300kV，2MV A的用电设备也同样连接在B25这条馈线上。
这些用电设备包括一台1.68MW的异步电动机和200kW的阻性负载。
风电机和电动机负载都有保护系统控制着电压、电流和电动机转速。
利用Matlab/Simulink建模并进行了三个方面仿真，其简化示意图及仿真模块图形见附录1。
一、双馈式风力发电机及其仿真模型简介双馈式异步风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator)包含有：一个绕线式转子的异步发电机和一个基于IGBT的交-直-交PWM变频器。
定子绕组直接连接到频率为60Hz的电网，转子通过交-直-交变频器的反馈来调节频率。
双馈电机技术可以使风力发电机组在低风速情况下，通过优化风机转速，从风吸收最大的能量。
而在狂风的情况下，可以使风机承受最小的机械压力。
在给定风速的情况下，最优的驱动速度产生最大的机械能。
当然这些能量都是同风速成比例的。
在风速低于10m/s的情况下，转子运行于“次同步转速”。
在高风速下，转子运行于“超同步转速”。
打开风机的菜单选择“Turbine data”，然后选择“Display wind-turbine power characteristics”（见图1）。
风机机械功率作为驱动转速的功能，在风速5m/s~16.2m/s的范围内可以被显示出来。
双馈电机是根据这条红曲线来控制的。
最佳的驱动转速是在曲线上的B点和C点之间。
双馈电机的另一个优点是电力电子变频器可以产生或者吸收无功。
这样就减少了鼠笼绕组式异步风电机所需的补偿无功的电容器组。
图1、双馈式风力发电机功率特征曲线这个风电机模型可以用来做长时间仿真的暂态稳定性研究。
基于MATLAB的风力发电系统仿真研究
基于MATLAB的风力发电系统仿真研究本文旨在介绍风力发电系统仿真研究的背景和重要性，并解释研究的目的和方法。
风力发电是一种可再生能源，具有广泛的应用前景。
通过风能转换为电能，风力发电系统为我们提供了一种环保和可持续的能源选择。
然而，在设计和运行风力发电系统时，我们需要充分了解和优化其运行模式和性能，以提高发电效率和可靠性。
仿真研究是一种有效的手段，可以模拟和分析风力发电系统的性能。
基于MATLAB的仿真研究方法可以提供准确且可靠的结果，帮助工程师和研究人员更好地理解和优化风力发电系统。
本研究的目的是通过基于MATLAB的仿真研究，深入探究风力发电系统的运行原理和特性，并分析不同因素对系统性能的影响。
通过模拟不同的工况和参数，我们可以评估系统的发电能力、效率和稳定性，并提出相应的优化策略。
研究方法将基于MATLAB软件平台，利用数学建模和计算机仿真技术，构建风力发电系统的仿真模型。
通过调整参数和输入条件，我们可以模拟不同的工作环境并进行系统性能分析。
通过本文的研究，我们将深入了解风力发电系统的运行原理，并为实际的工程设计和优化提供可靠的依据和指导。
引用1的参考文献]引用2的参考文献]引用3的参考文献]风力发电的基本原理风力发电是一种利用风能将其转化为电能的过程。
风是地球上大气层中的空气运动，而风能则是由这种空气运动所携带的动能。
风力发电利用了风的动能，通过转子将风能转化为机械能，然后再通过发电机将机械能转化为电能。
风力发电的原理方程风力发电的原理方程可以描述风能转化为机械能和电能的过程。
下面是风力发电的原理方程示意：风能 = 0.5 * 空气密度 * 受风面积 * 风速^3其中。
风能表示单位时间内风所携带的能量空气密度表示空气在单位体积内所含的质量受风面积表示受到风的装置的有效面积风速表示风的运动速度风能通过转子转化为机械能，进而转化为电能。
风力发电的转化效率可以通过以下方程表示：转化效率 = 发电机的输出电能 / 风能本文将介绍基于MATLAB的风力发电系统仿真模型的建立和模拟过程。
(完整)基于matlab的风力发电机组的建模与仿真
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实验一 ：风力发电机组的建模与仿真姓名： 学号：一、实验目标:1.能够对风力发电机组的系统结构有深入的了解。
2。
能熟练的利用MATLAB 软件进行模块的搭建以及仿真。
3。
对仿真结果进行研究并找出最优控制策略。
二、实验类容：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：风力发电系统的模型主要包括风速模型、传动系统模型、发电机模型和变桨距模型，下文将从以上几方面进行研究。
1、风速的设计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、阵风风速 、渐变风速 和噪声风速 。
即模拟风速的模型为：V=+++ （1—1）（1）。
基本风=8m/s基本风仿真模块（2）阵风风速（1-2）式中:（1-3)t 为时间，单位 s ；T 为阵风的周期，单位 s;，为阵风风速,单位m /s;为阵风开始时间,单位 s ；为阵风的最大值，单位 m/s.b V g V r V n V b V g V r V n V b V⎪⎩⎪⎨⎧=00cos v g V g g gg g g T t t T t t t t t +>+<<<1111⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=)(2cos 121max cosg g g T t T t G v πcos v g V g t 1max G本例中，阵风开始时间为 3 秒,阵风终止时间为 9 秒，阵风周期为 6 秒，阵风 最大值为 6m/s. （3）渐变风速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：(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 ；为渐变风的最大值,单位 m/s 。
基于matlab的风力发电系统仿真开题报告
基于MATLAB的风力发电系统仿真开题报告研究背景在全球气候变化日益严峻的情势下，绿色能源的发展越来越被重视。
风力发电作为一种可再生、环保，且不会产生二氧化碳等污染物的能源，受到了广泛的关注和研究。
目前，风力发电技术已经取得了很大的进展，然而由于各种不可预知的因素，例如风速、发电机的建模等等，因此如何进行风力发电系统的建模和模拟仿真问题成为一个非常关键的难点。
MATLAB作为一个广泛应用于科学计算和数据分析等领域的开发工具，能够为风力发电系统的仿真模型构建提供非常有力的支持。
研究目的本文旨在通过使用MATLAB来建立一个能够准确模拟风力发电系统的仿真模型，以此来改善目前风力发电模型仿真存在的一些问题。
该仿真模型的建立可以有效地识别影响风力发电机组性能的因素，使得研究者能够更加直观和准确地了解这个系统的运行并进行优化，以达到提高风力发电系统性能和可靠性的目的。
研究内容本文将着重研究以下内容：•风力发电机组的建模与仿真：通过理解风力发电机组的机理，探讨其建模方法及各个部分的仿真模型。
•风能变化和风力曲线分析：通过模拟风速、风能密度变化等因素，分析风力曲线的变化规律，并优化风力曲线，以提高发电效率。
•控制算法的优化：通过对控制算法的优化，使得风力发电机组能够在各种不同的风能条件下，保持良好的性能。
研究方法本文将利用MATLAB软件进行仿真模拟和优化。
主要的研究方法包括：•建立风力发电机组的数学模型，设计仿真算法。
•设计基于Matlab的仿真平台，实现风力发电机组的仿真。
•通过风力曲线、功率曲线等参数，优化风力发电机组的运行效率。
•在仿真结果的基础上对控制算法进行优化。
研究意义本文的研究在以下方面具有较大的意义：•可以为风力发电系统的性能、设计和优化提供一个新的思路和研究方向。
•可以有效地提高风力发电系统的电力贡献率和可靠性，促进绿色能源的更快速的发展。
•可以为相关领域的研究人员和工程师提供一个具有重要参考价值的仿真模型和解决方案。
基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真
基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真仿真对象是一个由6台1.5MW双馈异步风力发电机组组成的9MW的风电场。
这个风电场连接着一个25kv的分布式发电系统，它的电能通过35km长，电压等级为25kv的馈线（B25）输入到120kv的电网上。
一、仿真过程及结果分析1、风速变化，风机的反映。
初始风速设定为8m/s，时间到t=4s，风速增长到14m/s。
开始仿真。
图1 风速突然变化时输出的曲线（voltage regulation 模式）有功功率随转速平稳的增长，用了18秒的时间到达额定9MW。
这段时间内风机转速从0.8pu增长到1.21pu。
桨距角从0度增长到0.76度，用来限制机械功率。
通过调控无功功率来维持电压在1pu。
额定功率时，风机吸收了0.68Mvar，从而控制电压不变。
图2 风速突然变化时输出曲线（Var regulation 模式）无功控制模式下，保持功率因数不变，从电网吸收一部分无功来并网（达到同步转速），因吸收无功，电压上升。
2、110kv系统电压突然下降的仿真。
风速不变8m/s。
设置5s发生一次0.15pu的电压下降（在Time variation of 中选择Amplitude）。
确保风机为无功控制。
图3 110kv电压突然下降（Var Regulation 模式）用电设备的电流降至0，电动机转速逐渐下降。
用电设备被分离出电网。
图4 110kv电压突然下降（voltage regulation模式）采用Voltage regulation控制模式，用电设备没有被分出电网。
因为电压下降时，风电场发出无功功率。
3、短路故障分析。
0.5s发生三相短路，0.6s消除。
仿真时间为2s。
图5 B690 母线故障时风电场输出波形（voltage regulation 模式）电网发生故障时，风电机组出口电压降低，向电网提供无功功率。
故障清除后，风电机组需要从电网吸收无功功率。
故障时电压下降图6 B690母线三相短路（var regulation 模式）电网发生故障时，风电机组出口电压降低，向电网提供无功功率。
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 ：风力发电机组的建模与仿真： 学号：一、实验目标:1.能够对风力发电机组的系统结构有深入的了解。
2.能熟练的利用MATLAB 软件进行模块的搭建以及仿真。
3.对仿真结果进行研究并找出最优控制策略。
二、实验类容：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：风力发电系统的模型主要包括风速模型、传动系统模型、发电机模型和变桨距模型，下文将从以上几方面进行研究。
1、风速的设计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 （1-1)（1）. 基本风b V =8m/s基本风仿真模块（2）阵风风速⎪⎩⎪⎨⎧=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 cosg 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 。
本例中，阵风开始时间为 3 秒，阵风终止时间为 9 秒，阵风周期为 6 秒，阵风 最大值为 6m/s 。
（3）渐变风速 r V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：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=rr rramp t t 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 。
（4）噪声风速 n V选择一个随机噪声模块就可以（5）风速V =b V +g V +r V +n V2、风力机模型的建立风力机从自然风中所索取的能量是有限的，其功率损失部分可以解释为留在尾流中的旋转动能。
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型式而异，因此，风力机的实际风能利用系数 p C <0.593。
风力机实际得到的有用功率为：()λβρπ,5.032P w s C v R P = (2-1)而风轮获得的气动扭矩为：()λβρπ,5.023T w r C v R T = (2-2)其中：s P 表示有用功率，单位为 w ；ρ表示空气密度，单位为 Kg/m ；R 表示风轮转动半径，单位为 m ；m V 表示风速，单位为 m/s ；p C 表示风能利用系数；T C 表示气动转矩系数； 并且有：()()λβλλβ,,T p C C = (2-3) R V wωλ=(2-4)λ称为叶尖速比；ω为风轮角速度，单位为 rad/s 。
（1）p C 的搭建（2）风力机的搭建（包含风力机实际得到的有用功率Ps ，风轮获得的气动扭矩r T）3、传动系统模型的建立:本实验在分析传动系统机理的基础上，建立系统的刚性轴模型。
刚性轴模型认为传动系统是刚性的，即低速轴，增速齿轮箱传动轴，高速轴都是刚性的。
忽略风轮和发电机部分的传动阻尼，最后可得传动系统的简化运动方程为：()g rgr nT Tdt d J n J -=+ω2(3-1)其中：r J 为风轮转动惯量，单位2Kgm ；n 为传动比；g J 为发电机转动惯量，单位2Kgm ；g T 为发电机的反转矩，单位Nm 。
并且：ωωn g = （3-2）g ω为发电机转速，单位 rad/s 。
传动系统仿真模块4、发电机模型的建立：本实验只建立发电机的模型，而忽略变频装置。
发电机的反扭矩方程为： ()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=2'211211'2111'2211x C x r C r r U gm T g g e ωωωωω （4-1）g G g ωω= （4-2） 其中：g 为发电机极对数；1m 为相数；1U 为电压；1C 为修正系数;G ω为发电机的当量转速；g ω为发电机转子转速；1ω为发电机的同步转速；1r ，1x 分别为定子绕组的电阻和漏抗；'2r ，'2x 分别为归算后转子绕组的电阻和漏抗，单位为Ω。
x2'1Te0.036921500w10.00240r2'0.00169r13m12g 0.813c1Product3Product2Product1Productu 21uu 2u 21u1u-1Gain22Gain0.03759Add22U11WG发电机反扭矩仿真模块4、所有模块1PsOut1fengs uVwWbPsTrfenglijiWGU1TefadianjiTrTeWr chuandongxitongScope3Scope2Scope1ScopeProduct1Productmax MinMax[A]Goto[A]From690151.52Cons tant20Cons tant10.15Cons tant四、实验结果与分析： 1、风速仿真结果基本风速V阵风风速gV渐变风速r随机噪声风速总的风速模型2、风力机仿真结果p仿真波形cP的仿真波形sTr的仿真波形3、传动系统仿真结果Wr的仿真波形4、发电机仿真结果U1仿真波形WG仿真波形Te的仿真波形5、风力机组模型仿真结果W的仿真波形风速、输出功率波形都在上面给出波形了，这里不再给出。
6、结果分析（1）由上图可知系统输出的功率波形与输入的风速有关，由于系统中存在噪声所以输出地功率存在很大的噪声，风轮机和发电机的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。
角速度没有太大的冲击变化，对硬件机器的损坏很小。
（3）功率系数图可以看出，风能利用系数比较低，基本运行在 0.35 以下，必会造成风能的极大浪费。
（4）风轮转速基本一直运行在 0.9rad/s 以下，而文章的风轮额定转速为 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、实验心得通过本次的学习对风机发电机有利一定的了解，风力发电的优势不需要燃料、不占耕地、没有污染，运行成本低。
；风力发电产业发展前景非常广阔，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。
我国风能资源十分丰富，它是一种干净的可再生能源；风力发电产业发展前景非常广阔，其优缺点在于:它的优势不需要燃料、不占耕地、没有污染，运行成本低,我国风力资源丰富,缺点,效率低,造价昂贵,技术有待改进,管理不够完善。
通过查阅资料和老师及同学的讨论，完成了试验，对风力发电机组有了深刻的了解和认识，为以后的发展和工作奠定了坚实的基础，本次试验时通过MATLAB 对风力发机的风力机模型、传动装置、发电机模型及风速进行了仿真，分析每部分之间的关系，为以后深入的学习风力发电系统打下了良好的基础。
实验二：低/高风速时风力发电机组风轮转速的控制器设计：缪泽学号：031240601一、实验目标:1.1掌握模糊控制系统的原理及实现方法；1.2掌握风力发电机组在高风速和低风速时的控制原理研究方法；1.3掌握控制器对锋利机组的优化方法；二、实验容:2.1对模糊控制系统的原理进行学习研究，并且遵循模糊控制器设计的规则和方法，设计适合风力发电机组的模糊控制器。
如在高风速时随着风速以及风轮转速的变化，通过控制变桨距不断的调整桨距角，使风轮的功率因数变化，从而改变输出功率，使输出功率始终维持在一个合理的恒值状态。
2.2对风力发电机组在高风速和低风速时的控制原理研究，并针对系统控制原理的特点，分别设计了模糊控制器，继而进行了高风速和低风速时的仿真研究，并且将数据进行计算，比对证明模糊控制系统是否成功，同时找出系统设计中的优点和不足，进行推广和改造。
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。
模糊控制器是模糊控制系统的核心，其主要作用是完成输入精确量的模糊化处理，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。
其是一个模糊控制系统优劣性能的指标。
输入输出接口电路是模糊控制器连接前后系统的两个通道口，其作用是用来传递信号，并完成模拟信号和数字信号之间的转换，用以控制执行器的动作，以实现控制被控对象的目的。
广义对象包括执行机构和被控对象两部分。
检测装置在模糊控制系统中占据非常重要的地位，其精度直接影响整个控制系统的性能指标，因此要求其精度高，可靠且稳定性好。
模糊控制系统的工作原理是：由检测装置的数据采集单元获取被控变量，经转换和运算处理后，输出精确值，然后精确值和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，使之达到控制对象的目的。
四、实验结果与分析：4.1模糊控制器模型110.5s-K-12110du/dtDerivative10.5Add11加入控制器及滤波器前后的波形及加入控制器和滤波器的波形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的干扰，但是在没有加入控制器的冲击很大，会对后期的产生很大的麻烦，同时也会对风机会有一定的损坏。
波形在控制器的基础上增加了滤波装置，使输出的波形更加的平滑、稳定，更有利于风机的功率输出。
五、实验心得通过本次实验我学会了模糊控制的设计和使用及滤波器在系统中的重要性，模糊控制是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。
在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。
然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想。
换言之，传统的控制理论对于明确系统有强而有力的控制能力，但对于过于复杂或难以精确描述的系统，则显得无能为力了。