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《風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。
1、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真摘要：風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源利用方式，近年來(lái)在世界范圍內(nèi)獲得了飛速的發(fā)展。本文基于風(fēng)力機(jī)發(fā)電建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于風(fēng)資源特點(diǎn)，建立了以風(fēng)頻、風(fēng)速模型為基礎(chǔ)的風(fēng)力發(fā)電理論基礎(chǔ)；（2）運(yùn)用葉素理論，建立了變槳距風(fēng)力機(jī)機(jī)理模型；（3）分析了變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行區(qū)域與變槳距控制的原理與方法，并給出了機(jī)組的仿真模型，為風(fēng)力發(fā)電軟件仿真奠定了基礎(chǔ)；（4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真軟件的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型以及完整的風(fēng)力發(fā)電樣例系統(tǒng)模型，并且已初步實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)特性模擬功能。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；風(fēng)頻；風(fēng)速；風(fēng)
2、力機(jī)；變槳距；建模與仿真1風(fēng)資源及風(fēng)力發(fā)電的基本原理1.1風(fēng)資源概述（1）風(fēng)能的基本情況[1]風(fēng)的形成乃是空氣流動(dòng)的結(jié)果。風(fēng)向和風(fēng)速是兩個(gè)描述風(fēng)的重要參數(shù)。風(fēng)向是指風(fēng)吹來(lái)的方向，如果風(fēng)是從東方吹來(lái)就稱為東風(fēng)。風(fēng)速是表示風(fēng)移動(dòng)的速度即單位時(shí)間內(nèi)空氣流動(dòng)所經(jīng)過(guò)的距離。風(fēng)速是指某一高度連續(xù)10min所測(cè)得各瞬時(shí)風(fēng)速的平均值。一般以草地上空10m高處的10min內(nèi)風(fēng)速的平均值為參考。風(fēng)玫瑰圖是一個(gè)給定地點(diǎn)一段時(shí)間內(nèi)的風(fēng)向分布圖。通過(guò)它可以得知當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向。風(fēng)能的特點(diǎn)主要有：能量密度低、不穩(wěn)定性、分布不均勻、可再生、須在有風(fēng)地帶、無(wú)污染、分布廣泛、可分散利用、另外
3、不須能源運(yùn)輸、可和其它能源相互轉(zhuǎn)換等。（2）風(fēng)能資源的估算風(fēng)能的大小實(shí)際就是氣流流過(guò)的動(dòng)能，因此可以推導(dǎo)出氣流在單位時(shí)間內(nèi)垂直流過(guò)單位截面積的風(fēng)能，即風(fēng)能密度，表示如下：(1-1)式中,——風(fēng)能密度()，是描述一個(gè)地方風(fēng)能潛力的最方便最有價(jià)值的量；——空氣密度()；——風(fēng)速()。由于風(fēng)速是一個(gè)隨機(jī)性很大的量，必須通過(guò)一段時(shí)間的觀測(cè)來(lái)了解它的平均狀況，一個(gè)地方風(fēng)能潛力的多少要視該地常年平均風(fēng)能密度的大小。因此需要求出在一段時(shí)間內(nèi)的平均風(fēng)能密度，這個(gè)值可以將風(fēng)能密度公式對(duì)時(shí)間積分后平均來(lái)求得。有效風(fēng)能密度還可根據(jù)下式求得（1-2）式中，——啟動(dòng)風(fēng)速（）；——停
4、機(jī)風(fēng)速（）；——有效風(fēng)速范圍內(nèi)的條件概率分布密度函數(shù)。平均風(fēng)能密度則可用下式求得：（1-3）1.2風(fēng)力發(fā)電的基本原理風(fēng)能具有一定的動(dòng)能，通過(guò)風(fēng)輪機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的原理是利用風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)增速器將旋轉(zhuǎn)的速度提高來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電的。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約3m/s的微風(fēng)速度便可以開始發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的原理說(shuō)起來(lái)非常簡(jiǎn)單，最簡(jiǎn)單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可由葉片和發(fā)電機(jī)兩部分構(gòu)成如圖1-1所示。空氣流動(dòng)的動(dòng)能作用在葉輪上，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而推動(dòng)片葉旋轉(zhuǎn)，如果將葉輪的轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連就會(huì)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電來(lái)。1.2風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)
5、風(fēng)力發(fā)電具有以下特點(diǎn)：①可再生的潔凈能源；②建設(shè)周期短，裝機(jī)規(guī)模靈活，可根據(jù)資金情況決定一次裝機(jī)規(guī)模，有一臺(tái)資金就可以安裝一臺(tái)投產(chǎn)一臺(tái)；③可靠性高，把現(xiàn)代高科技應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使其發(fā)電可靠性大大提高，中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性從80年代的50%提高到了98%，高于火力發(fā)電且機(jī)組壽命可達(dá)20年；④造價(jià)低，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，實(shí)際占地面積??；⑤發(fā)電方式多樣化，既可并網(wǎng)運(yùn)行，也可以和其他能源如柴油發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、水利發(fā)電機(jī)組形成互補(bǔ)系統(tǒng)，還可以獨(dú)立運(yùn)行；⑥單機(jī)容量小2風(fēng)能及風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)模型的建立2.2風(fēng)頻模型風(fēng)速具有明顯的隨機(jī)性和間歇性。為了較精確地描述風(fēng)速及其變化
6、特性，引入風(fēng)頻分布的概念。風(fēng)頻分布就是風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)概率分布，是衡量風(fēng)能資源分布特性的重要指標(biāo)，它反映了風(fēng)電場(chǎng)某個(gè)時(shí)段每一風(fēng)速出現(xiàn)的概率，可以通過(guò)分析風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際測(cè)風(fēng)的原始資料得到。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際測(cè)風(fēng)的結(jié)果，假設(shè)風(fēng)速是以小時(shí)平均，按每小時(shí)正點(diǎn)前十分鐘測(cè)取，那么在一年之內(nèi)就有N個(gè)測(cè)點(diǎn)，這樣可得風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際的風(fēng)頻分布為：（2-1）式中——風(fēng)速的實(shí)際分布頻率；——一年內(nèi)風(fēng)速出現(xiàn)的次數(shù)；——一年內(nèi)總的測(cè)風(fēng)點(diǎn)數(shù)，一般有。風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速符合威布爾分布：（2-2）式中，為風(fēng)速（），為威布爾分布函數(shù)，、為威布爾尺度系數(shù)（）和形狀系數(shù)。利用風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)的結(jié)果，對(duì)實(shí)際所得的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)
7、，得出年平均風(fēng)速和風(fēng)速頻率分布，并采用最小逼近法，（2-3）算出威布爾分布參數(shù)、的近似值。從而得到風(fēng)速風(fēng)頻特性的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而得到風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源分布和評(píng)估、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型和發(fā)電量的預(yù)測(cè)以及風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的影響分析。2.2風(fēng)速模型通常用四種成分的風(fēng)速來(lái)模擬實(shí)際風(fēng)速：基本風(fēng)、陣風(fēng)、漸變風(fēng)和隨機(jī)風(fēng)。（1）基本風(fēng)基本風(fēng)反映了風(fēng)場(chǎng)平均風(fēng)速的變化，風(fēng)力發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸送功率的大小主要由基本風(fēng)決定，它的測(cè)得由風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)所得的威布爾分布參數(shù)近似確定。一般認(rèn)為基本風(fēng)在一段時(shí)間內(nèi)不隨時(shí)間變化，可取常數(shù)。（2-4）圖2-1基本風(fēng)隨時(shí)間變化曲線圖（1）陣風(fēng)陣風(fēng)為描述風(fēng)速突然變化
8、的特性，可假設(shè)在該段時(shí)間內(nèi)風(fēng)速具有余弦特性。（2-5）式中，——陣
