風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建模與仿真

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1、實(shí)驗(yàn)一：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建模與仿真姓名：文福西學(xué)號(hào)：171440138班級(jí)：0314405一、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo):1.掌握風(fēng)速模型建立實(shí)現(xiàn)方法；2.掌握風(fēng)力機(jī)模型建立實(shí)現(xiàn)方法；3.掌握發(fā)電機(jī)模型建立實(shí)現(xiàn)方法；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:在MATLAB下的simulink中，建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的仿真模型，并進(jìn)行仿真研究，對(duì)仿真的結(jié)果進(jìn)行分析。三、實(shí)驗(yàn)原理：本實(shí)驗(yàn)分四個(gè)模塊分別是風(fēng)速的設(shè)計(jì)，風(fēng)力機(jī)模型的建立，傳動(dòng)系統(tǒng)模型的建立，發(fā)電機(jī)模型的建立。1.風(fēng)速的設(shè)計(jì)本文不考慮風(fēng)向問題，僅從其變化特點(diǎn)出發(fā)，著重描述其隨機(jī)性和間歇性，認(rèn)為其時(shí)空模型由以下四種成分構(gòu)成：基本風(fēng)速、陣風(fēng)風(fēng)速、漸

2、變風(fēng)速和噪聲風(fēng)速。即模擬風(fēng)速的模型為：V=+++2.風(fēng)力機(jī)模型的建立風(fēng)力機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要器件。能量的轉(zhuǎn)化將導(dǎo)致功率的下降，它隨所采用的風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的形式而異，因此，風(fēng)力機(jī)的實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)。風(fēng)力機(jī)實(shí)際得到的有用功率為：而風(fēng)輪獲得的氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：為方便定量計(jì)算，通過有關(guān)研究資料的查找，風(fēng)能利用系數(shù)的值可以近似的表示：3.傳動(dòng)模型的建立傳動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)方程為：Jr為風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位kgm2；n為傳動(dòng)比；Jg為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位kgm2；Tg為發(fā)電機(jī)的反轉(zhuǎn)矩，單位Nm。2.發(fā)電機(jī)模型的建立發(fā)電機(jī)的反扭矩方程為：四．實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析：1.基

3、本風(fēng)速模型如下:仿真的時(shí)候假設(shè)初始風(fēng)速為10m/s，那么它的仿真圖為：分析：基本風(fēng)速是作用于葉輪上的一個(gè)平均風(fēng)速，是不隨時(shí)間的變化而變化，可以看見輸出的風(fēng)速也是10m/s。2.陣風(fēng)風(fēng)速模型如下:仿真圖為：分析：通過仿真圖可以看出陣風(fēng)最大風(fēng)速在6m/s，并且在3s左右的時(shí)候開始起風(fēng)，大約在9s左右停止。3．漸變風(fēng)風(fēng)速模型為：仿真圖為：分析：可以通過仿真圖清晰的可以看出風(fēng)速最大值為10m/s，在4s時(shí)起風(fēng)，在11s時(shí)停止，并在4~7s之間是均勻變化的。4.模擬風(fēng)速模擬風(fēng)速模型：仿真圖：分析：將基本風(fēng)，陣風(fēng)，漸變風(fēng)，以及噪聲進(jìn)行疊加就可形成自然風(fēng)的模型，

4、由圖可以看出在第7秒時(shí)速度達(dá)到最大值。5.風(fēng)力機(jī)模型由公式：可以搭建出的模型是：Cp模型：輸出模型如下：分析：由仿真圖可以看出利用系數(shù)在短時(shí)間內(nèi)在+0.5~-0.5波動(dòng)，后來逐漸向0的方向靠攏，說明其風(fēng)能的利用率不是很大。風(fēng)力機(jī)實(shí)際得到的有用功率為：而風(fēng)輪獲得的氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：搭建有功功率及氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩的仿真模型如下：仿真圖如下：Cp分析：風(fēng)能利用系數(shù)會(huì)有一定的波動(dòng)，但是基本在0.3附近，利用率較低。有功功率濾波后有功功率波形分析：風(fēng)力機(jī)實(shí)際得到的有用功率基本上都是加上濾波器后才投入使用加上濾波之后的波形由圖分析可得，再加上濾波器后濾出大多數(shù)的雜波，風(fēng)力機(jī)

5、實(shí)際得到的有用功率的波形變得平滑整齊。在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在沒有控制策略的情況下，在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的輸出功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定輸出功率。大約是額定輸出功率的3.49倍，在此種情況下，有燒壞發(fā)電機(jī)的可能。同時(shí)，在長(zhǎng)時(shí)間高風(fēng)速的情況下運(yùn)行，可能使風(fēng)力葉片和加速箱行星齒輪的壽命時(shí)限變短，不能達(dá)到設(shè)備的運(yùn)行要求。6.傳動(dòng)模型傳動(dòng)模型的公式為：傳動(dòng)模型的仿真模型如下：轉(zhuǎn)速波形分析：仿真出來的波形為風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速w,發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)發(fā)出恒定頻率的電，以便于風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。7.發(fā)電機(jī)模型通常電機(jī)模型來只建立發(fā)電機(jī)的模型，而忽略變頻裝置。發(fā)電機(jī)的反扭矩

6、方程為：發(fā)電機(jī)的反扭矩仿真模型如下：發(fā)電機(jī)的仿真波形分析：由仿真圖可以看出它的功率因數(shù)是逐漸增大的。8.整體模型仿真仿真圖形：分析：從圖中可看出經(jīng)過12s后轉(zhuǎn)速逐漸達(dá)到1.8*103轉(zhuǎn)，經(jīng)過一段時(shí)間后達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。五．實(shí)驗(yàn)體會(huì)：通過本次實(shí)驗(yàn)讓我學(xué)會(huì)了搭建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)模型，這個(gè)系統(tǒng)模型是由四個(gè)部分組成的，分別是風(fēng)速模型，風(fēng)力機(jī)模型，發(fā)電及模型和傳動(dòng)模型。在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)碰到參數(shù)設(shè)置的問題，但是經(jīng)過不斷的查閱資料，最終是克服了困難，完成了本次實(shí)驗(yàn)，也對(duì)風(fēng)力發(fā)電有了大體的了解。