風電實驗報告-風力發(fā)電機組的建模與仿真

XX：樊姍 031240521一、試驗?zāi)康?把握風力發(fā)電機組的數(shù)學模型MATLAB/Simulink二、試驗內(nèi)容:對風速模型、風力機模型、傳動模型和發(fā)電機模型建模，并爭論各自掌握方法及掌握策略；如對風力發(fā)電根本系統(tǒng)，包括風速、風輪、傳動系統(tǒng)、各種發(fā)電機的數(shù)學模型進展全面分析，探究風力發(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MATLAB三、試驗原理：自然風是風力發(fā)電系統(tǒng)能量的來源，其在流淌過程中，速度和方向是不斷變化的，具有很強的隨機性和突變性。本課題不考慮風向問題，僅從其變化特點動身，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:根本風速Vb

、陣風風速V 、gV和噪聲風速V。即模擬風速的模型為：r nVVVb g

VVr

〔1-1〕根本風速在風力機正常運行過程中始終存在，根本反映了風電場平均風速的變化。一般認為，根本風速可由風電場測風所得的韋爾分布參數(shù)近似確定，且其不隨時間變化，因而取為常數(shù)陣風用來描述風速突然變化的特點，其在該段時間內(nèi)具有余弦特性，其具體數(shù)學公式為：0 ttV vg

tcos1g

1gtt T1g g

〔1-2〕0 tt T1g g式中：G t t v max1cos2( 1g) 〔1-3〕cos

2

T T g gt為時間，單位s；T為陣風的周期，單位s；v ，Vcos g

為陣風風速，單位m/s；t 為1g陣風開頭時間，單位sG

max

為陣風的最大值，單位m/s。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：0 ttV 0r 0

tramp1r

1rtt2r

〔1-4〕tt2r式中：v R

tt1 2r

〔1-5〕ramp

t t1r 2rt 為漸變風開頭時間，單位s；t1r 2r

為漸變風終止時間，單位s；Vr

v 為不同時ramp刻漸變風風速，單位m/sRmax

m/s。隨機噪聲風用來描述相對高度上風速變化的特點，此處不再描述。因此，風力機的實際風能利用系數(shù)C

<0.593。風力機實際得到的有用功率為：P0.5R2v3Cs w P

(2-6)而風輪獲得的氣動扭矩為：T 0.5R3v2C

(2-7)r w T其中：PwKg/m；R表示風輪轉(zhuǎn)動半s徑，單位為m；V 表示風速，單位為m/s；C表示風能利用系數(shù)；C 表示氣動轉(zhuǎn)矩m p T系數(shù)；并且有：

C,Cp

, (2-8)Vw

R (2-9)稱為葉尖速比；rad/s。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。無視風輪和發(fā)電機局部的傳動阻尼，最終可得傳動系統(tǒng)的簡化運動方程為：J n2Jr g

Tdt

nTg

(3-10)其中：J 為風輪轉(zhuǎn)動慣量，單位Kgm2；n為傳動比；J 為發(fā)電機轉(zhuǎn)動慣量，單位Kgm2；r gTNm。g并且： n 〔3-11〕g rad/s。g本試驗只建立發(fā)電機的模型，而無視變頻裝置。發(fā)電機的反扭矩方程為：gmU2r”T 1 12

〔4-12〕e

Cr”

2 grg

12 1xCx”21g 11

1 12 gG g

〔4-13〕其中：g為發(fā)電機極對數(shù)；m1速；

1

為電壓；C

1為修正系數(shù);

為發(fā)電機的當量轉(zhuǎn)G g 1

為發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速；r1

，x分別為定子繞組的電阻和漏抗；1r”x”分別為歸算后轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏抗，單位為Ω。2 2四、試驗結(jié)果與分析：真結(jié)果65432100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10陣風風速Vg漸變風模型及其仿真結(jié)果98765432100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10漸變風速Vr總的風速模型總的風速Prx10x1043210000Tr62x101.81.61.41.210.80.60.40.200 2 4 6 8 10 12及仿真結(jié)果wr1.510.500 2 4 6 8 10 12Te-1000-1050-1100-11500-12000

2 4 6 8 10 12組模型及仿真結(jié)果波形從上到下分別是:角速度風速、輸出功率結(jié)果分析由上圖可知系統(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。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。大鋪張。以下，而文章的風輪額定轉(zhuǎn)速為19.8r/min，即2.0724rad/s。在此種狀況下，風輪轉(zhuǎn)速遠遠低于額定轉(zhuǎn)速，從而必定導(dǎo)致發(fā)電量缺乏，發(fā)電效率低下。五、試驗心得2070電機組電控系統(tǒng)國產(chǎn)化對于整個風電產(chǎn)業(yè)來說都是格外緊迫和必需的。后的進展和工作奠定了堅實的根底，本次試驗時通過MATLAB對風力發(fā)機的風力機模型、力發(fā)電系統(tǒng)打下了良好的根底。試驗二：低/高風速時風力發(fā)電機組風輪轉(zhuǎn)速的掌握器設(shè)計XX：樊姍

031240521一、試驗?zāi)繕?把握模糊掌握系統(tǒng)的原理及實現(xiàn)方法；把握風力發(fā)電機組在高風速和低風速時的掌握原理爭論方法；把握掌握器對銳利機組的優(yōu)化方法；二、試驗內(nèi)容: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掌握原理爭論，并針對系統(tǒng)掌握原理的特點三、試驗原理：模糊掌握系統(tǒng)一般主要由模糊掌握器，輸入/輸出接口電路，廣義對象以及檢測裝置構(gòu)模糊掌握系統(tǒng)優(yōu)劣性能的指標。輸入輸出接口電路是模糊掌握器連接前后系統(tǒng)的兩個通道精度高，牢靠且穩(wěn)定性好。構(gòu)執(zhí)行，使之到達掌握對象的目的。四、試驗結(jié)果與分析：輸入波形三角波模糊掌握器規(guī)那么：風機模型PSx1069876543210-10-101發(fā)電機x10x1021.510.50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10風速302520151050-50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10w1.510.500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10輸入波形矩形波模糊掌握器規(guī)那么風機模型PS69x10876543210-10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10發(fā)電機52.2x1021.81.61.41.210.80.60.40.20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10風速302520151050-50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10角速度1.510.500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10通過對上面波形比照可知兩個波形都存在噪聲的干擾增加了濾波裝置，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、試驗心得通過本次試驗我學會了模糊掌握的設(shè)計和使用及濾波器在系統(tǒng)中的重要性具有簡單的