基于matlab的風力發(fā)電機組的建模與仿真(共13頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實驗一 ：風力發(fā)電機組的建模與仿真姓名： 學號：一、實驗目標:1.能夠?qū)︼L力發(fā)電機組的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有深入的了解。2.能熟練的利用MATLAB軟件進行模塊的搭建以及仿真。3.對仿真結(jié)果進行研究并找出最優(yōu)控制策略。2、 實驗類容：對風速模型、風力機模型、傳動模型和發(fā)電機模型建模，并研究各自控制方法及控制策略；如對風力發(fā)電基本系統(tǒng)，包括風速、風輪、傳動系統(tǒng)、各種發(fā)電機的數(shù)學模型進行全面分析，探索風力發(fā)電系統(tǒng)各個部風最通用的模型、包括了可供電網(wǎng)分析的各系統(tǒng)的簡單數(shù)學模型，對各個數(shù)學模型，應(yīng)用 MATLAB 軟件進行了仿真。三、實驗原理： 風力發(fā)電系統(tǒng)的模型主要包括風速模型、傳動系

2、統(tǒng)模型、發(fā)電機模型和變槳距模型，下文將從以上幾方面進行研究。1、風速的設(shè)計 自然風是風力發(fā)電系統(tǒng)能量的來源，其在流動過程中，速度和方向是不斷變化的，具有很強的隨機性和突變性。本文不考慮風向問題，僅從其變化特點出發(fā)，著重描述其隨機性和間歇性，認為其時空模型由以下四種成分構(gòu)成：基本風速、陣風風速 、漸變風速 和噪聲風速 。 即模擬風速的模型為： V=+ （1-1)（1） . 基本風=8m/s 基本風仿真模塊（2） 陣風風速 (1-2) 式中： (1-3) t 為時間，單位 s；T為陣風的周期，單位 s；，為陣風風速，單位m /s；為陣風開始時間，單位 s ；為陣風的最大值，單位 m/s。本例中，陣

3、風開始時間為 3 秒，陣風終止時間為 9 秒，陣風周期為 6 秒，陣風最大值為 6m/s。（3） 漸變風速 漸變風用來描述風速緩慢變化的特點，其具體數(shù)學公式如下： (1-4) 式中： (1-5) 為漸變風開始時間，單位 s；為漸變風終止時間，單位 s ；，為不同時刻漸變風風速，單位 m/s；為漸變風的最大值，單位 m/s 。（4）噪聲風速 選擇一個隨機噪聲模塊就可以（5） 風速V =+2、 風力機模型的建立風力機從自然風中所索取的能量是有限的，其功率損失部分可以解釋為留在尾流中的旋轉(zhuǎn)動能。能量的轉(zhuǎn)化將導致功率的下降，它隨所采用的風力機和發(fā)電機的型式而異，因此，風力機的實際風能利用系數(shù) <

4、0.593。風力機實際得到的有用功率為： (2-1)而風輪獲得的氣動扭矩為： (2-2) 其中：表示有用功率，單位為 w；表示空氣密度，單位為 Kg/m；R表示風輪轉(zhuǎn)動半徑，單位為 m；表示風速，單位為 m/s；表示風能利用系數(shù)；表示氣動轉(zhuǎn)矩系數(shù)；并且有： (2-3) (2-4) 稱為葉尖速比；為風輪角速度，單位為 rad/s。（1）的搭建（2）風力機的搭建（包含風力機實際得到的有用功率，風輪獲得的氣動扭矩）3、 傳動系統(tǒng)模型的建立:本實驗在分析傳動系統(tǒng)機理的基礎(chǔ)上，建立系統(tǒng)的剛性軸模型。剛性軸模型認為傳動系統(tǒng)是剛性的，即低速軸，增速齒輪箱傳動軸，高速軸都是剛性的。忽略風輪和發(fā)電機部分的傳動阻

5、尼，最后可得傳動系統(tǒng)的簡化運動方程為： (3-1) 其中： 為風輪轉(zhuǎn)動慣量，單位；n 為傳動比；為發(fā)電機轉(zhuǎn)動慣量，單位；為發(fā)電機的反轉(zhuǎn)矩，單位。 并且： （3-2）為發(fā)電機轉(zhuǎn)速，單位 rad/s。 傳動系統(tǒng)仿真模塊4、發(fā)電機模型的建立：本實驗只建立發(fā)電機的模型，而忽略變頻裝置。發(fā)電機的反扭矩方程為： （4-1） （4-2）其中：為發(fā)電機極對數(shù)；為相數(shù)；為電壓；為修正系數(shù);為發(fā)電機的當量轉(zhuǎn)速；為發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；為發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速；，分別為定子繞組的電阻和漏抗；，分別為歸算后轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏抗，單位為。 發(fā)電機反扭矩仿真模塊4、 所有模塊鏈接4、 實驗結(jié)果與分析：1、風速仿真結(jié)果 基本風速 陣風

6、風速 漸變風速 隨機噪聲風速 總的風速模型2、 風力機仿真結(jié)果 仿真波形 的仿真波形 的仿真波形3、 傳動系統(tǒng)仿真結(jié)果 的仿真波形4、 發(fā)電機仿真結(jié)果 U1仿真波形 WG仿真波形 Te的仿真波形5、 風力機組模型仿真結(jié)果 W的仿真波形風速、輸出功率波形都在上面給出波形了，這里不再給出。6、 結(jié)果分析（1）由上圖可知系統(tǒng)輸出的功率波形與輸入的風速有關(guān)，由于系統(tǒng)中存在噪聲所以輸出地功率存在很大的噪聲，風輪機和發(fā)電機的輸出功率遠遠大于額定輸出功率。（2）輸出地角速度在一段時間后趨于穩(wěn)定狀態(tài)。角速度沒有太大的沖擊變化，對硬件機器的損壞很小。（3）功率系數(shù)圖可以看出，風能利用系數(shù)比較低，基本運行在 0.

7、35 以下，必會造成風能的極大浪費。（4）風輪轉(zhuǎn)速基本一直運行在 0.9rad/s 以下，而文章的風輪額定轉(zhuǎn)速為 19.8r/min，即 2.0724rad/s。在此種情況下，風輪轉(zhuǎn)速遠遠低于額定轉(zhuǎn)速，從而必定導致發(fā)電量不足，發(fā)電效率低下。五、實驗心得通過本次的學習對風機發(fā)電機有利一定的了解，風力發(fā)電的優(yōu)勢不需要燃料、不占耕地、沒有污染，運行成本低。；風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景非常廣闊， 為風力發(fā)電沒有燃料問題，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。 我國風能資源十分豐富，它是一種干凈的可再生能源；風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景非常廣闊， 其優(yōu)缺點在于:它的優(yōu)勢不需要燃料、不占耕地、沒有污染，運行成本低,我國風力資源豐富

8、,缺點,效率低,造價昂貴,技術(shù)有待改進,管理不夠完善。通過查閱資料和老師及同學的討論，完成了試驗，對風力發(fā)電機組有了深刻的了解和認識，為以后的發(fā)展和工作奠定了堅實的基礎(chǔ)，本次試驗時通過MATLAB 對風力發(fā)機的風力機模型、傳動裝置、發(fā)電機模型及風速進行了仿真，分析每部分之間的關(guān)系，為以后深入的學習風力發(fā)電系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。實驗二：低/高風速時風力發(fā)電機組風輪轉(zhuǎn)速的控制器設(shè)計姓名：繆澤 學號：一、 實驗目標:1.1掌握模糊控制系統(tǒng)的原理及實現(xiàn)方法；1.2掌握風力發(fā)電機組在高風速和低風速時的控制原理研究方法；1.3掌握控制器對鋒利機組的優(yōu)化方法；二、實驗內(nèi)容:2.1對模糊控制系統(tǒng)的原理進行學習

9、研究，并且遵循模糊控制器設(shè)計的規(guī)則和方法，設(shè)計適合風力發(fā)電機組的模糊控制器。如在高風速時隨著風速以及風輪轉(zhuǎn)速的變化，通過控制變槳距不斷的調(diào)整槳距角，使風輪的功率因數(shù)變化，從而改變輸出功率，使輸出功率始終維持在一個合理的恒值狀態(tài)。2.2對風力發(fā)電機組在高風速和低風速時的控制原理研究，并針對系統(tǒng)控制原理的特點，分別設(shè)計了模糊控制器，繼而進行了高風速和低風速時的仿真研究，并且將數(shù)據(jù)進行計算，比對證明模糊控制系統(tǒng)是否成功，同時找出系統(tǒng)設(shè)計中的優(yōu)點和不足，進行推廣和改造。三、實驗原理：模糊控制系統(tǒng)一般主要由模糊控制器，輸入/輸出接口電路，廣義對象以及檢測裝置構(gòu)成。模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，其主要作

10、用是完成輸入精確量的模糊化處理，并運用模糊規(guī)則進行運算，進而進行模糊推理決策運算以及精細化處理等重要過程。其是一個模糊控制系統(tǒng)優(yōu)劣性能的指標。輸入輸出接口電路是模糊控制器連接前后系統(tǒng)的兩個通道口，其作用是用來傳遞信號，并完成模擬信號和數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換，用以控制執(zhí)行器的動作，以實現(xiàn)控制被控對象的目的。廣義對象包括執(zhí)行機構(gòu)和被控對象兩部分。檢測裝置在模糊控制系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的地位，其精度直接影響整個控制系統(tǒng)的性能指標，因此要求其精度高，可靠且穩(wěn)定性好。模糊控制系統(tǒng)的工作原理是：由檢測裝置的數(shù)據(jù)采集單元獲取被控變量，經(jīng)轉(zhuǎn)換和運算處理后，輸出精確值，然后精確值和給定值進行比較獲得精確偏差，經(jīng)模糊控

11、制器進行模糊化處理，模糊規(guī)則及推理運算，最后經(jīng)過精確化處理輸出精確量，經(jīng)接口轉(zhuǎn)換送給執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行，使之達到控制對象的目的。四、實驗結(jié)果與分析：4.1模糊控制器模型加入控制器及濾波器前后的波形及加入控制器和濾波器的波形4.2結(jié)果分析通過對上面波形對比可知兩個波形都存在噪聲的干擾，但是在沒有加入控制器的沖擊很大，會對后期的產(chǎn)生很大的麻煩，同時也會對風機會有一定的損壞。波形在控制器的基礎(chǔ)上增加了濾波裝置，使輸出的波形更加的平滑、穩(wěn)定，更有利于風機的功率輸出。五、實驗心得通過本次實驗我學會了模糊控制的設(shè)計和使用及濾波器在系統(tǒng)中的重要性，模糊控制是利用的基本思想和理論的控制方法。在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵