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《風(fēng)電實(shí)驗(yàn)報(bào)告-風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建模與仿真》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。
1、實(shí)驗(yàn)一：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建模與仿真姓名：樊姍學(xué)號(hào)：031240521一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型2掌握在MATLAB/Simulink環(huán)境下對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建模、仿真與分析；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:對(duì)風(fēng)速模型、風(fēng)力機(jī)模型、傳動(dòng)模型和發(fā)電機(jī)模型建模，并研究各自控制方法及控制策略；如對(duì)風(fēng)力發(fā)電基本系統(tǒng)，包括風(fēng)速、風(fēng)輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、各種發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行全面分析，探索風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各個(gè)部風(fēng)最通用的模型、包括了可供電網(wǎng)分析的各系統(tǒng)的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型，對(duì)各個(gè)數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行了仿真。三、實(shí)驗(yàn)原理：3.1
2、風(fēng)速模型的建立自然風(fēng)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能量的來(lái)源，其在流動(dòng)過(guò)程中，速度和方向是不斷變化的，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和突變性。本課題不考慮風(fēng)向問(wèn)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、漸變風(fēng)速和噪聲風(fēng)速。即模擬風(fēng)速的模型為：（1-1）（1）基本風(fēng)速在風(fēng)力機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中一直存在，基本反映了風(fēng)電場(chǎng)平均風(fēng)速的變化。一般認(rèn)為，基本風(fēng)速可由風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)所得的韋爾分布參數(shù)近似確定，且其不隨時(shí)間變化，因而取為常數(shù)（2）陣風(fēng)用來(lái)描述風(fēng)速突然變化的特點(diǎn)，其在該段時(shí)間內(nèi)具有余
3、弦特性，其具體數(shù)學(xué)公式為：（1-2）式中：（1-3）t為時(shí)間，單位s；T為陣風(fēng)的周期，單位s；，為陣風(fēng)風(fēng)速，單位m/s；為陣風(fēng)開(kāi)始時(shí)間，單位s；為陣風(fēng)的最大值，單位m/s。（3）漸變風(fēng)用來(lái)描述風(fēng)速緩慢變化的特點(diǎn)，其具體數(shù)學(xué)公式如下：（1-4）式中：（1-5）為漸變風(fēng)開(kāi)始時(shí)間，單位s；為漸變風(fēng)終止時(shí)間，單位s；，為不同時(shí)刻漸變風(fēng)風(fēng)速，單位m/s；為漸變風(fēng)的最大值，單位m/s。（4）隨機(jī)噪聲風(fēng)用來(lái)描述相對(duì)高度上風(fēng)速變化的特點(diǎn)，此處不再描述。3.2風(fēng)力機(jī)模型的建立風(fēng)力機(jī)從自然風(fēng)中所索取的能量是有限的，其功率損失
4、部分可以解釋為留在尾流中的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。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)的型式而異，因此，風(fēng)力機(jī)的實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)<0.593。風(fēng)力機(jī)實(shí)際得到的有用功率為：(2-6)而風(fēng)輪獲得的氣動(dòng)扭矩為：(2-7)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(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，單位為m；表示風(fēng)速，單位為m/s；表示風(fēng)能利用系數(shù)；表示氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩系數(shù)；并且有：(2-8)(2-9)稱(chēng)為葉尖速比；為風(fēng)輪角速度，單位為rad/s。3.3傳動(dòng)系統(tǒng)模型的建立本實(shí)驗(yàn)在分析傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，建立系統(tǒng)的
5、剛性軸模型。剛性軸模型認(rèn)為傳動(dòng)系統(tǒng)是剛性的，即低速軸，增速齒輪箱傳動(dòng)軸，高速軸都是剛性的。忽略風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)部分的傳動(dòng)阻尼，最后可得傳動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)方程為：(3-10)其中：為風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位；n為傳動(dòng)比；為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位；為發(fā)電機(jī)的反轉(zhuǎn)矩，單位。并且：（3-11）為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位rad/s。3.4發(fā)電機(jī)模型的建立本實(shí)驗(yàn)只建立發(fā)電機(jī)的模型，而忽略變頻裝置。發(fā)電機(jī)的反扭矩方程為：（4-12）（4-13）其中：為發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)；為相數(shù)；為電壓；為修正系數(shù);為發(fā)電機(jī)的當(dāng)量轉(zhuǎn)速；為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；為發(fā)電機(jī)
6、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Ω。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：4.1風(fēng)速模型及仿真結(jié)果4.1.1陣風(fēng)模型及仿真結(jié)果陣風(fēng)風(fēng)速2漸變風(fēng)模型及其仿真結(jié)果漸變風(fēng)速3總的風(fēng)速模型總的風(fēng)速4.2風(fēng)力機(jī)模型及仿真結(jié)果PrTr4.3傳動(dòng)系統(tǒng)模型及仿真結(jié)果wr4.4發(fā)電機(jī)模型及仿真結(jié)果Te4.5風(fēng)機(jī)組模型及仿真結(jié)果波形從上到下分別是:角速度風(fēng)速、輸出功率4.6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(fēng)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(fēng)輪機(jī)和發(fā)電
7、機(jī)的輸出功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定輸出功率。（2）輸出地角速度在一段時(shí)間后趨于穩(wěn)定狀態(tài)。角速度沒(méi)有太大的沖擊變化，對(duì)硬件機(jī)器的損壞很小。（3）功率系數(shù)圖可以看出，風(fēng)能利用系數(shù)比較低，基本運(yùn)行在0.35以下，必會(huì)造成風(fēng)能的極大浪費(fèi)。（4）風(fēng)輪轉(zhuǎn)速基本一直運(yùn)行在0.9rad/s以下，而文章的風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速為19.8r/min，即2.0724rad/s。在此種情況下，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定轉(zhuǎn)速，從而必定導(dǎo)致發(fā)電量不足，發(fā)電效率低下。五、實(shí)驗(yàn)心得通過(guò)本次的學(xué)習(xí)對(duì)風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)有利一定的了解，從學(xué)習(xí)中得知風(fēng)力發(fā)電是20世紀(jì)70年代開(kāi)
8、始研究風(fēng)電的自主研發(fā)能力嚴(yán)重不足，風(fēng)電設(shè)備設(shè)計(jì)和制造水平比較落后，總體上還處于跟蹤和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的階段。目前，我國(guó)的風(fēng)電機(jī)組在控制系統(tǒng)、軸承、風(fēng)機(jī)葉片、齒輪箱等零部件方面存在較大的供需矛盾。雖然整個(gè)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，但是風(fēng)電設(shè)備廠(chǎng)商在這方面明顯生產(chǎn)能力不足，尤其在兆瓦級(jí)容量的風(fēng)電機(jī)組中，軸承和電控系統(tǒng)幾乎沒(méi)有生產(chǎn)能力。在風(fēng)電機(jī)組整體設(shè)備中，電控系統(tǒng)又是風(fēng)機(jī)的大腦和核心。因此，風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化對(duì)于整個(gè)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)都是十
