風(fēng)力機(jī)的Matlab模型及其應(yīng)用

1、風(fēng)力機(jī)的Matlab模型及其應(yīng)用班級：能動學(xué)院2010級 姓名：常征學(xué)號：20101191摘要：提出了一種簡化的定槳距風(fēng)力機(jī)的MATLAB模型。該模型對少風(fēng)電場的建設(shè)與規(guī)劃。對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行仿真和設(shè)計都具有重要的意義。關(guān)鍵詞：MATLAB模型，建模仿真1風(fēng)力機(jī)模型的建立目前，風(fēng)電中采用最多的仍是并網(wǎng)型定槳距恒速恒頻異步發(fā)電系統(tǒng)，其主要組成部分包括：風(fēng)輪、變速箱、發(fā)電機(jī)、控制器、電容器組。進(jìn)行各種狀態(tài)下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動態(tài)仿真，對其運(yùn)行和設(shè)計具有重要意義。Matlab/Simulink仿真軟件具有強(qiáng)大的功能，其中Simulink模塊化的結(jié)構(gòu)有助于將復(fù)雜的風(fēng)電系統(tǒng)分解為各個簡單的基本“物理”模

2、塊，適宜用來分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各種運(yùn)行狀態(tài)。目前有關(guān)用Matlab/Simulink模塊對風(fēng)力機(jī)進(jìn)行建模和仿真的資料很少，全文的風(fēng)力機(jī)模型可作為其中的一個模塊。實(shí)際發(fā)電時，因異步機(jī)并網(wǎng)發(fā)電時滑差s<0且接近0，簡化分析可取s=0時的同步轉(zhuǎn)速s作為風(fēng)力機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行的固定頻率點(diǎn)（1/s），即風(fēng)力機(jī)實(shí)際運(yùn)行在固定的1下，選擇不同的1全年發(fā)電量是不同的，風(fēng)能利用仿真就是要在確定的風(fēng)力資源統(tǒng)計規(guī)律和確定的風(fēng)力機(jī)特性基礎(chǔ)上，選擇1（工作點(diǎn)）使全年風(fēng)力機(jī)提供的能量最大，進(jìn)而得出升速箱的最優(yōu)變比，并選擇升速箱。根據(jù)以下風(fēng)力機(jī)計算公式，構(gòu)建Matlab風(fēng)力機(jī)特性仿真模塊。（1）式中：為葉尖速比；為上游風(fēng)速

3、m/s；為風(fēng)機(jī)角速度rad/s；R為葉輪半徑m。（2）式中：T為風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩；為空氣密度kg/m3；轉(zhuǎn)矩系數(shù)的擬合函數(shù)采用，根據(jù)風(fēng)力機(jī)特性來給定。將式（1）、（2）用Matlab的模塊來實(shí)現(xiàn)，得圖1的風(fēng)機(jī)仿真模塊，圖2為仿真模塊給出的某風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩與功率特性曲線：T(,)和P(,)圖1 風(fēng)力機(jī)的仿真模塊功率(P) kW轉(zhuǎn)矩(T) N·m轉(zhuǎn)速() rad/s轉(zhuǎn)速(v) m/s圖3 功率曲線圖2 轉(zhuǎn)矩曲線2應(yīng)用 某風(fēng)場10m與40m高處的全年統(tǒng)計風(fēng)速曲線如圖4所示，統(tǒng)計溫度曲線如圖5所示，當(dāng)?shù)睾０胃叨?000m，當(dāng)t=15時，11.07kg/m3。利用公式：式中：p為壓強(qiáng)Pa；T=t+273為氣體的熱力學(xué)溫度K；為空氣密度kg/m3。由風(fēng)速、溫度曲線可以得出風(fēng)力機(jī)的發(fā)電量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。由風(fēng)力機(jī)的發(fā)電量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知，在10m高處轉(zhuǎn)速應(yīng)選1與3之間的1個數(shù)1，應(yīng)選變比為k1=s/1的升速箱。40m高處轉(zhuǎn)速應(yīng)選2與4之間的1個數(shù)2，所以應(yīng)選變比為k2=s/2升速箱。這樣才能使風(fēng)力機(jī)的年發(fā)電量最大。風(fēng)力機(jī)模塊還可以跟變速箱模塊、發(fā)電機(jī)模塊、控制器模塊配合共同構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的仿真計算。3結(jié)論本文提出了一