基于MATLAB的风力发电机组建模和仿真研究
陈虎;孟克其劳;马建光
【摘 要】Variable - pitch control technology is an effective method to improve utilization of wind energy Uia the wind turbine. Becau the randomness of the external environment and the diversity of control variables, wind power generation system is a nonlinear system, so the modeling and simulation of its mathematical model is difficult. Method in this paper is bad on MATLAB software platform. It establishes sub - model of the various subsystems of wind turbine by using mechanism modeling method, then combines them into a mathematical model of the entire unit. And the PID control algorithm is ud to realize the maximize u of the wind energy by wind turbines under different wind speed simulation. Results validate the correctness of system model and control algorithms and lay a theoretical foundation for the fan control innovation.%变桨距控制技术是风力发电机组提高对风能的利用的有效方法,由于外界环境的随机性和控制变量的多样性,风力发电系统是一个非线性的系统,其数学模型的建立和仿真是一个难点.本文基于Matlab软件平台,采用机理建模
法建立了风力发电机组的各个分系统的子模型,组合成整个机组的数学模型,并采用PID控制算法实现风力发电机组在不同风速下对风能利用的最大化,仿真结果验证了系统模型和控制算法的正确性,为风机控制的创新奠定了理论基础.初中古诗大全
【期刊名称】《节能技术》
【年(卷),期】2012(030)001
【总页数】5页(P24-28)
【关键词】风力发电机组;变桨距控制;风机建模;PID控制
美发图物态变化思维导图【作 者】陈虎;孟克其劳;马建光
【作者单位】内蒙古工业大学电力学院,内蒙古呼和浩特010080;内蒙古工业大学信息学院,内蒙古呼和浩特010080;内蒙古工业大学电力学院,内蒙古呼和浩特010080
【正文语种】中 文
【中图分类】TK89;TM614
0 引言
风力发电作为一种不竭的可再生资源，具有其它能源不可取代的优势和竞争力。风能的利用一直是世界上增长最快的能源，装机容量近年每年增长超过30%。预计到2020年全球的风力发电装机将达到12.31亿kW，风力发电量将占全球发电量的12%［1－2］。文献［3］和文献［4］通过介绍美国政府对清洁能源产业的扶持，为我国发展清洁能源给予了政策建议。在国家政策的支持下，现今我国在风电领域的开发已经取得了非常卓越的成就。
风力发电控制技术是一项综合性的技术，是多个学科和多种领域相互交叉的课题［5］。其核心技术一直被国外垄断，伴随着国内1.5 MW、2 MW、5 MW等拥有自主知识产权的风力发电机组的问世，国内的科研院所对控制技术的研究有了更高的提升和改进。风力发电机组的变频调速、变桨距控制、低电压穿越控制等技术是现今科研的热点与难点。
依据风力发电机组在额定风速以下及以上表现出不同的运行特性的基础上，本文在风力发电机组的变频调速、变桨距控制原理的基础上，依据机理建模的思想，将风力发电机系统分解为:风速、风轮、传动系统、发电机模型等子系统，并利用Matlab/simulink平台构建了
久久去各子系统的数学模型，结合PID控制算法验证了系统模型具有良好的运行特性。
美女诱惑图片1 风力发电机组的运行特性
风力发电的基本原理是［6］:当自然风以一定的风速和攻角在风轮桨叶上，使桨叶产生旋转力矩而转动，将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩，再通过齿轮箱驱动发电机，使机械能转变为电能送入电网。根据贝兹理论，由于风机尾流的影响，风轮对风能的利用理论上可以达到0.593，能量的转换将导致功率的下降，实际中风能利用率CP＜0.593。
当风速一定时，风力机机械效率的大小由风能利用系数CP决定，反映了风力机特性的好坏［7］。不同的风力机，其数字也不相同。本文采用如下关系
由式(1)可看出CP与桨叶节距角β、叶尖速比λ成非线性关系，如图1所示。
由图可知，当桨距角β固定时，只有一个叶尖速比λ对应与其相应的最大风能利用系数Cpmax，对于任意的叶尖速比，随着桨距角的减小，风能利用系数逐渐增大。上述结论为变桨距控制提供了理论基础:在风速低于额定风速时，桨叶节距角β=0°。发电机输出功率未达到额定功率，随风速变化通过改变发电机转子转速或者叶尖速比使风能利用系数恒定在
Cpmax，捕捉最大风能。在风速高于额定风速时，调节桨叶节距角从而改变发电机输出功率，使输出功率稳定在额定功率附近。
图1 叶尖速比和风能利用系数的关系Fig.1 The relationship between tip speed ratio and wind energy utilization coefficient
2 机理建模法构建风力发电机组的数学模型
风力发电系统是一个多变量的非线性系统，其精确数学模型的建立是十分困难的。只能深入剖析各子系统的工作状态，提取出其中重要的工作参数，用数学表达式近似拟合子系统的工作过程，并加入一些修正方法，构建出整个系统。风力发电系统可以划分为如下几部分:风速、风轮、传动系统、发电机模型等子系统［8－10］。
2.1 风速系统
自然风具有突变性、渐进性及随机性的特点，但通过长期的统计可以看出在固定的空间位置下，风速的变化仍然具有一定的分布规律，为了模拟不同风速对风力机的作用，本文采用四种风(基本风、阵风、渐变风和随机风)的合成来模拟现场风速。
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2.1.1 基本风
基本风在风速模型中占很大的比例，在风力机正常运行过程中一直存在，反映了风电场的平均风速的变化，一般认为基本风速不随时间变化，取为常数，有
2.1.2 阵风
红烧桂鱼的做法
阵风反映了风速的突变性。其数学模型为
