定速风电机组的仿真(内容参考)

基于MATLAB的“风力发电机运行仿真”软件设计摘要关键词1前言1.1 建模仿真的发展现状20世纪50-60年代，自动控制领域普遍采用计算机模拟方法研究控制系统动态过程和性能。

“计算机模拟”实质上是数学模型在计算机上的解算运行，当时的计算机是模拟计算机，后来发展为数字计算机。

1961年G.W.Morgenthler 首次对仿真一词作了技术性的解释，认为“仿真”是指在实际系统尚不存在的情况下，对于系统或活动本质的复现。

目前，比较流行于工程技术界的技术定义是系统仿真是通过对系统模型的实验，研究一个存在的或设计中的系统。

仿真的三要素之间的关系可用三个基本活动来描述。

如图1图1系统仿真三要素之间的关系20世纪50年代初连续系统仿真在模拟计算机上进行，50年代中出现数字仿真技术，从此计算机仿真技术沿着模拟仿真和数字仿真两个方面发展。

60年代初出现了混和模拟计算机，增加了模拟仿真的逻辑控制功能，解决了偏微分方程、差分方程、随机过程的仿真问题。

从60-70代发展了面向仿真问题的仿真语言。

20世纪80年代末到90年代初，以计算机技术、通讯技术、智能技术等为代表的信息技术的迅猛发展，给计算机仿真技术在可视仿真基础上的进一步发展带来了契机，出现了多媒体仿真技术。

多媒体仿真技术充分利用了视觉和听觉媒体的处理和合成技术，更强调头脑、视觉和听觉的体验，仿真中人与计算机交互手段也更加丰富。

80年代初正式提出了“虚拟现实” 一词。

虚拟现实是一种由计算机全部或部分生成的多维感觉环境，给参与者产生视觉、听觉、触觉等各种感官信息，使参与者有身临其境的感觉，同时参与者从定性和定量综合集成的虚拟环境中可以获得对客观世界中客观事物的感性和理性的认识。

图2体现了仿真科学与技术的发展进程。

仿真研究领域的扩展 一图2仿真科学与技术的发展以美国为代表的发达国家高度重视仿真技术的发展和应用。

美国等西方国家 除军事用途外的其它行业中的仿真技术及应用都居于世界领先水平，如飞行模拟 器、车辆运输仿真、电力系统、石油化工仿真系统等。

风力发电系统的动态建模与仿真随着全球对可再生能源的需求不断增长，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式受到了广泛关注。

风力发电系统的动态建模与仿真是研究和优化风力发电系统运行的重要手段，有助于提高风力发电系统的效率和可靠性。

本文将探讨风力发电系统动态建模与仿真的方法和应用，以及在模型开发和仿真过程中需要注意的问题。

一、风力发电系统的动态建模风力发电系统包括风力机、风能转换子系统、并网变频器、变电所和电网等组成部分。

为了对风力发电系统进行动态建模，需要考虑各个组件之间的相互作用和系统运行的特点。

1. 风力机的动态建模风力机是风力发电系统的核心部件，负责将风能转化为机械能。

风力机的动态建模需要考虑风速对风轮转速的影响、风轮转速对发电机转速的影响以及风轮和转子之间的功率传递过程。

一种常用的方法是使用变力学方程描述风力机的运动过程，并结合风力和风功率曲线进行模拟。

2. 风能转换子系统的动态建模风能转换子系统包括风能转换器、传动装置和发电机等。

风能转换器将机械能转化为电能，传动装置则负责将风力机的转速传递给发电机。

在进行动态建模时，需要考虑风能转换器和传动装置的效率、传动过程中的能量损耗以及发电机的电力输出特性。

3. 并网变频器和变电所的动态建模并网变频器和变电所是将风力发电系统产生的电能接入电网的关键设备。

并网变频器的主要功能是将发电机输出的低频交流电转换为电网所需的高频交流电，同时负责控制电网功率的调节。

变电所则负责将风电场产生的电能集中输送到电网。

在进行动态建模时，需要考虑并网变频器和变电所的功率转换过程、电力损耗以及对电网供电稳定性的影响。

二、风力发电系统的仿真风力发电系统的仿真可以通过使用专业的仿真软件或自行开发仿真模型来实现。

仿真可以帮助研究人员和工程师在实际运行之前评估系统性能、验证设计和控制方案的有效性，以及优化风力发电系统的运行策略。

1. 仿真软件的选择和应用目前市场上有多种风力发电系统仿真软件可供选择，例如，DigSilent、PSCAD、Matlab/Simulink等。

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图9-2 基于普通(pǔtōng)感应发电机的定速风电机组
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0.5 0.4 0.3
C p 0.2
0.1
0o
10o
2.5o
5o
0.0
-0.1 0
25o
2
4
6
15o
8 10 12 14 16
图9-3 关系(guān xì)曲线
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wi n d tu rb i n e 1
Vdc
Vdc (V)
wr
Speed (pu)
pitch pitch angle (deg)
图9-12
wi n d tu rb i n e 2
Trip
Wi n d T urbi ne Pro te cti o n
Trip Time
0
[T ri p_WT ]
0
Phasors pow ergui
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信号 1~3 4~6 7~8 9~11
表9-2 双馈变速风电机组输出(shūchū)信号
信号名称 Iabc(cmplx) (pu) Vabc(cmplx)(pu) Vdq_stator(pu) Iabc_stator (cmplx)(pu)
信号定义
以发电机额定电压为基准 值的流入风电机组端口电流 相量
A
A
B
B
C
C
Line1
A B C Three-Phase Fault
<wr (pu)> <P (pu)> <Q (pu)>
|u| <Vabc (cmplx) (pu)>
y From Workspace

第一章风力发电厂仿真风力发电厂仿真对风力发电厂一、二次设备全范围进行了建模仿真，具体包括发电机模型、控制系统、量测系统、交直流系统、保护与自动化监控系统的详细模型，而且考虑风力风向对发电机详细模型的影响以及发电机对电网仿真抽象模型的影响。

风力发电厂仿真系统的主要功能有：正常操作、设备巡视、事故和异常的模拟、培训指导和辅助培训等功能。

采用的关键技术有：虚拟仪器技术、虚拟现实技术、组件建模技术和动态人机界面技术等。

风力发电厂仿真系统采用虚拟仪器技术和虚拟现实技术进行仿真。

虚拟仪器技术的实质是利用计算机技术来实现传统仪器仪表的功能。

该系统采用虚拟仪器技术将发电厂的各种二次设备按照各自的物理特性分别生成各自的虚拟设备，在全三维虚拟场景中进行漫游，巡视，操作。

风力发电厂一次设备仿真采用虚拟现实技术进行仿真。

该系统在设备外观仿真和设备巡视中，采用基于OpenGL 的虚拟现实技术开发了发电厂一次设备三维交互式虚拟场景系统，实现了发电机设备的三维重现，形象地反映了发电机的运行、停止、偏航、异常、事故状态及其动作过程，可以对虚拟场景中的设备巡视、检查、漫游。

风力发电厂自动化监控系统采用基于人机界面服务器的动态人机界面技术、动态图符技术、动态菜单技术、中间件技术和程序自动化技术，实现了对多个风力发电机统一管理和监视。

1.1.仿真对象及范围风力发电厂仿真对象主要包括风力发电机数学模型、一次设备、二次设备、自动化监控系统。

其主要仿真对象及仿真程度如下：1.1.1.风力发电机数学模型1.1.2风力发电厂一次设备风力发电厂的一次设备包含发电机、就地升压变、配电台架等。

所有可操作的设备和可观测的动态量都属巡视训练内容，所有的检查都可以进行自动记录，便于考核评分。

1.1.3风力发电厂二次设备风力发电厂的二次设备主要包括前置机、变频控制器、功率速度等传感器、微机保护和控制系统等。

对于运行人员需要操作的开关、把手、压板等进行详细仿真，学员可以用鼠标、键盘等模拟与现场一致的操作。

定速风电机组的仿真组员：32111222王浩32111208 乐姗姗32111207 瞿振林32111212 刘洁波一、简单介绍基于普通感应发电机的定速风电机组，一般由风轮、轴系（包括低速轴LS 高速轴HS 和齿轮箱组成）、感应发电机组等组成，如图1所示。

发电机转子通过轴系与风电机组风轮连接，而发电机定子回路与电网用交流线路连接。

这种类型的风电机组一旦起动，其风轮转速是不变的（取决于电网的系统频率），与风速无关。

在电力系统正常运行的情况下，风轮转速随感应发电机的滑差变化。

风电机组在额定功率运行状态下，发电机滑差的变化范围为1%~2%因此正常运行时风轮转速仅在很小范围内变化。

、工作原理:风电机组通过三叶片风轮将风能转换成机械能，风能输出的机械功率为:* = 0）注释：式中，Q表示空吒帶戸是通过凤力机叶片附轨速'A,心a分别均叶光速出、叶片険转半径、叶片捻转角速度；A衷小叶片扫风面积；口为功率系敦。

Q与叶尖猱出入以及叶片根据不同的取值，可得到的曲线如图2所示，从图中可以看出，对应某一确定的浆距角，有一极大值存在，也就是说，当风力机运行时不能保证在所有的风速下都能够产生最大的功率输出。

的理论最大值为 0.593，这就是著名的Betz极限。

Q.5i ------------------------------------------------------------------6 S 10 12 M 16图2:关系曲线定速风电机组的风轮从风中获取机械能，然后通过齿轮轴系传递给感应发电 机,感应发电机再把机械能转换成电能， 输送到电网中。

感应发电机向电网提供 有功功率，同时从电网吸收无功功率用来励磁。

因为这种类型的感应发电机无法 控制无功功率，所以利用无功补偿器来改善风电机组的功率因数， 降低机组从电 网中吸收的总的无功功率。

现代定速风电机组的风轮转速为 15~20r/min ，发电 机转子的同步转速与电网频率对应。

某300MW海上风电场电气系统仿真研究1.风机的建模风力发电系统是将风能通过风机转换为机械能，然后再带动发电机将其转化为电能的一种发电系统。

按照风机的转速是否能够变化，可以将其分为定速恒频和变速恒频两大类。

1.1.定速恒频风力发电系统定速恒频风力发电系统如下图所示，通常由风机，齿轮箱，鼠笼式异步发电机构成。

在正常运行时，风力机保持恒速运行，转速由发电机的极数和齿轮箱决定。

这种系统的优点是结构和控制都非常简单，造价较低，但是主要缺点在于：无功不可控，需要电容器组或SVC 进行无功补偿；叶片与轮毂刚性连接，风速波动较大时产生较大的机械负载，容易导致齿轮箱故障，对叶片要求也较高；输出功率波动较大；发生失速时，难以保证恒定的功率输出，输出功率有所降低。

因此，定速恒频风力发电系统已经逐渐被变速恒频发电系统所取代。

图恒速恒频风力发电系统1.2.变速恒频风力发电系统变速恒频发电系统具有以下优点：一是风机的转速可以随风速的变化而变化，可以使风机始终保持在最大风能捕获的工况下运行，提高对风能的利用率；二是由于含有电力电子变流器，变速恒频发电系统可以实现与电网的柔性连接，增加运行和控制的灵活性。

根据所使用的发电机及变流器的不同，现有的变速恒频发电系统可以分为以下几类：1.2.1.电励磁同步风力发电系统电励磁同步发电系统原理图如下图所示，同步发电机的定子侧通过背靠背变流器与电网连接，与电网实现电气隔离，因此可以在不同的频率下运行而不影响电网的频率。

其优势体现在：通过控制变频器的调制比可以分别控制有功和无功，在系统故障时提供无功支持，提高电网动态特性；不需要并联电容器作无功补偿装置。

这种风力机系统在国外已有一系列工程实例，但是在我国尚未得到应用，其主要原因是全功率变频器的造价很高，相应的损耗也较大。

图电励磁同步风力发电系统1.2.2.直驱式永磁同步风力发电系统直驱式磁同步风力发电系统原理图如下图所示，它采用永磁同步发电机，并且省去了齿轮箱，直接将风力机与同步发电机的转子相连，虽然风力机的转速较低，但是通过交直交变流器的控制，可以使整个发电系统输出工频的电压和电流。

风力发电系统设计与并网仿真1. 简介风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源发电方式。

风力发电系统由风机、传动装置、发电机、控制系统和功率转换系统等组成。

设计和仿真是风力发电系统开发过程中至关重要的环节，本文将介绍风力发电系统的设计和并网仿真。

2. 风力发电系统设计风力发电系统设计需要考虑以下几个关键方面：2.1 风机选择风机是风力发电系统的核心组件，选择适合的风机能够提高系统的发电效率。

在选择风机时需要考虑风机的额定功率、转速范围、桨叶材料等因素，并结合实际环境条件进行综合评估。

2.2 传动装置设计传动装置用于将风机的转动能量传递给发电机，设计传动装置需要考虑传动效率、可靠性和成本等因素。

常用的传动装置包括齿轮传动、链条传动和皮带传动等。

2.3 发电机选择选择合适的发电机对风力发电系统的性能至关重要。

常见的发电机类型包括交流发电机和直流发电机，根据系统需求和实际情况选择合适的发电机类型和功率。

2.4 控制系统设计控制系统对风力发电系统的运行和稳定性起着重要作用。

控制系统需要实现风机启停、转速控制、并网控制等功能，保证系统的安全可靠运行。

2.5 功率转换系统设计功率转换系统将发电机产生的电能转化为交流电或直流电，并进行逆变、稳压和滤波等处理。

根据系统需求选择合适的功率转换器和滤波器，确保发电系统输出电能的质量和稳定性。

3. 风力发电系统并网仿真风力发电系统并网仿真是评估系统性能和优化系统设计的重要手段。

通过仿真可以预测风力发电系统的电能输出、稳定性和响应能力等关键指标。

3.1 建立仿真模型在进行风力发电系统仿真前，需要建立系统的数学模型。

模型包括风速模型、风机模型、传动装置模型、发电机模型、控制系统模型和功率转换系统模型等。

3.2 仿真参数设置根据实际场景和系统要求，设置仿真参数。

包括风速、风向、风机转速、发电机负载、并网电压等参数。

3.3 仿真结果分析根据仿真结果分析风力发电系统的性能指标，如电能产出、功率曲线、系统响应速度等，并结合实际需求进行系统设计的优化。

Ed′= -
xm x2 + xm
Q
E q′=
xm x2 + xm
D
( 12)
Q= -
x
2
+ xm
x
mE
′ d
D=
x
2
+ xm
x
m
E
′ q
( 13)
p
Q= -
x
2
+ xm
x
mp
E
′ d
p
D=
x
2
+ xm
x mp
E
′ q
( 14)
根据转子电压方程 D 轴
R 2iD + x 2 + x mp E ′ q - ( xm
x= x1+ xm 3. 3 电磁暂态过程方程式 从( 5) 式 D 轴转子磁链方程得
iD =
x2
x +
m
x
m
id
+
1 x2 + xm
D
( 6)
把( 6) 式代入 d 轴定磁链方程得
d=-
x ′id +
E
′ q
( 7)
式中 x ′——暂态电抗
x ′=
x1 +
xm -
x2
x
2 m
+ xm
=
x1 +
x2 x2 +
叙词 风力发电机 建模 动态仿真
Building Model and Dynamic Simulation on Windmill Generator
X in Jiang Institute of T echnolo gy Hou Shuhong, Lin Hong, Chao Qin, Zu Lati

一、海上风电机组基本概念与运 行原理
海上风电机组是将风能转化为电能的大型设备，主要由风轮、发电机、塔筒等 组成。其运行原理是利用风轮吸收风能，驱动发电机产生电能，最终输送到电 网供人们使用。与陆上风电机组相比，海上风电机组具有更高的发电效率和更 大的发电量。
二、海上风电机组运行维护现状
1、故障与维护难题
1、系统动力学方法：该方法通过建立风电机组的系统动力学方程，利用仿真 软件如MATLAB/Simulink等实现数值模拟。这种方法可以方便地模拟系统的动 态行为，对于研究风电机组的启动、稳定运行和停机等过程具有较好的适用性。
2、有限元方法：该方法将风电机组划分为多个离散的单元，对每个单元建立 数学模型并利用数值计算方法求解。常用的有限元软件包括ANSYS、 SolidWorks等。该方法可以更精确地描述风电机组的动态行为，但对于大型 复杂系统的仿真可能存在计算效率问题。
随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，以及风电技术的日益成熟，风电 机组全程运行仿真研究的前景广阔。未来可以通过建立更加精确的风电机组仿 真模型、引入先进的数据分析和处理技术以及开发更加智能化的仿真软件等方 面进行深入研究，为推动风电产业的可持续发展做出更大的贡献。
参考内容
随着海洋能源的日益开发与利用，海上风力发电技术逐渐成为全球能源领域的 研究热点。本次演示将围绕海上风电机组运行维护现状展开探讨，分析存在的 问题与挑战，并展望未来发展趋势和可能的技术革新。
4、生态环境影响评估与优化
在发展海上风能产业的同时，应重视对海洋生态环境的影响。未来，海上风电 机组的设计与运行将更加注重与生态环境和谐共生。通过加强生态环境影响评 估，优化设备布局，降低对海洋生物的影响，实现风电开发与环境保护的协调 发展。

定速风电机组的仿真组员：江天天赵正严亚俊一、简介基于普通感应发电机的定速风电机组，一般由风轮、轴系（包括低速轴LS、高速轴HS和齿轮箱组成）、感应发电机组等组成，如图1所示。

发电机转子通过轴系与风电机组风轮连接，而发电机定子回路与电网用交流线路连接。

这种类型的风电机组一旦起动，其风轮转速是不变的（取决于电网的系统频率），与风速无关。

在电力系统正常运行的情况下，风轮转速随感应发电机的滑差变化。

风电机组在额定功率运行状态下，发电机滑差的变化范围为1%~2%，因此正常运行时风轮转速仅在很小范围内变化。

图 1：基于普通感应发电机的定速风电机组二、工作原理：风电机组通过三叶片风轮将风能转换成机械能，风能输出的机械功率为：注释：：空气密度；：通过风力机叶片的风速；：叶尖速比；：叶片浆距角；：叶片旋转半径；：叶片旋转角速度；：叶片扫风面积；：功率系数（与叶尖速比以及叶片浆距角有关）。

根据不同的、取值，可得到的曲线如图2所示，从图中可以看出，对应某一确定的浆距角，有一极大值存在，也就是说，当风力机运行时不能保证在所有的风速下都能够产生最大的功率输出。

的理论最大值为0.593，这就是著名的Betz极限。

图2：关系曲线图 3：风电机组功率特性定速风电机组的风轮从风中获取机械能，然后通过齿轮轴系传递给感应发电机，感应发电机再把机械能转换成电能，输送到电网中。

感应发电机向电网提供有功功率，同时从电网吸收无功功率用来励磁。

因为这种类型的感应发电机无法控制无功功率，所以利用无功补偿器来改善风电机组的功率因数，降低机组从电网中吸收的总的无功功率。

现代定速风电机组的风轮转速为15~20r/min，发电机转子的同步转速与电网频率对应。

定速风电机组可以采用定浆距控制，也可以采用叶片角控制。

其中，定浆距控制风电机组为被动失速控制，它将叶片以固定浆距角用螺栓固定在轮毂上，在给定风速下，风电机组风轮开始失速，失速条件始于叶片根部，并随着风速加大逐渐发展到全部叶片长度。

4.2风力发电场简介随着能源危机的出现和环境的日益恶化，被称为绿色清洁能源的风能越来越受到世界各国的广泛重视。

风是山于太阳照射到地球表面各处受热不同，产生温差引起大气运动形成的。

风能就是空气流动所产生的动能。

能够将风能动力转化成电力的装置称为风力发电机组。

由在风力富足的场地安装多台风力发电机组，经电力输送设备将风力发电机组生产的电力送进电网的工厂称为风力发电场。

围绕风力发电场的电力生产、输送目标的电力设备组成的系统称为风力发电场发电系统。

我国风电建设始于20世纪80年代中期。

经过了近20年的发展，到2005年底，全国共建设了40多个风电场，并网风力发电装机容量为105万KW，年发电量约21亿KW/h。

此外，我国还约有20万台小型风力发电机(总容量约为3. 5万KW，用于边远地区居民用电。

我国风电设备制造技术经过近十年的发展有了很大的进步，己经基本掌握了单机容量1000KW左右大型风力发电设备的制造能力。

经过多年的努力，己掌握了一定的风电场运行管理的技术和经验，并造就了一批风电设计、施工的技术人员，为风力发电的大规模开发和利用奠定了良好的基础。

与国外发达国家相比，我国的风电建设虽然起步较早，但总体发展速度较慢，总体规模在亚洲也落后于印度和日本，距离大规模的开发利用仍有一定的差距。

首先我国缺乏详实的风能资源数据，以现有有限的地面气象站的资料，无法满足大规模风场建设的要求。

目前风力发电的成本价和常规火力发电相比，仍有很大差距。

风电场发电成本高主要有以下原因:一是由于国内不能制造商品化并网风电机组，进口风电机组价格较贵:二是风电和水电一样，不消耗燃料，没有进项抵扣，所以风力发电每度电的纳税额高于常规能源发电:三是风电场规模较小，没有形成规模经济效益。

风力发电所产生的特殊问题。

风力发电和常规水电、火电和核电等相比，基本的区别有三点:1)风电机组的有功功率输出是随机的，其大小取决于风的变化:而火电等常规发电机组输出的有功功率和无功功率都可以准确控制:2)目前采用的风电机组绝大多数是异步发电机组，输出随机有功功率的同时，要吸收无功功率，而火电和水电机组全部都是同步发电机组:3)具有相对容量较小的大量风电机组并列运行是风电场的一个重要特点。

《风力发电机载荷分析与仿真》篇一一、引言随着能源需求持续增长，风力发电因其可再生性和环境友好性成为了全球能源解决方案的重要部分。

风力发电机组的安全和性能受到载荷条件的重要影响，因此对风力发电机的载荷分析和仿真变得至关重要。

本文将对风力发电机的载荷进行分析，并使用仿真技术来评估其性能和安全性。

二、风力发电机载荷分析风力发电机的主要载荷来源包括风载荷、重力载荷、机械部件的惯性力以及塔架的动态效应等。

这些载荷直接影响着风力发电机的运行稳定性和使用寿命。

1. 风载荷分析风载荷是风力发电机的主要载荷来源，包括静态风载荷和动态风载荷。

静态风载荷主要考虑的是风的平均值，而动态风载荷则考虑了风的波动和湍流。

在分析过程中，需要考虑风的频率、速度、方向以及湍流强度等因素。

2. 重力载荷分析重力载荷是风力发电机自身重量产生的载荷，主要作用在塔架和叶片上。

设计过程中需要考虑各部分的自重，并合理分配各部分的重量，以确保结构的安全性和稳定性。

3. 机械部件的惯性力由于风力发电机的旋转部件（如发电机、齿轮箱和叶片）具有较大的质量，因此会产生较大的惯性力。

在分析和设计过程中，需要考虑这些惯性力的影响，以确保系统的稳定性和安全性。

4. 塔架动态效应塔架是风力发电机的重要组成部分，其动态效应对整体性能有重要影响。

在风力作用下，塔架会产生振动和形变，需要分析这些动态效应对结构的影响，并采取相应的措施进行优化。

三、风力发电机载荷仿真为了更准确地分析和评估风力发电机的性能和安全性，可以采用仿真技术进行模拟和分析。

常用的仿真软件包括ANSYS、ADAMS等。

1. 建立仿真模型根据风力发电机的实际结构和参数，建立仿真模型。

模型应包括风轮、发电机、齿轮箱、塔架等主要部件，并考虑各部件之间的相互作用和影响。

2. 设置仿真参数根据实际运行情况，设置仿真参数，如风速、风向、温度、湿度等。

同时，还需要设置仿真时间、步长等参数，以确保仿真的准确性和可靠性。

实验一 ：风力发电机组的建模与仿真姓名： 学号：一、实验目标:1.能够对风力发电机组的系统结构有深入的了解。

2.能熟练的利用MATLAB 软件进行模块的搭建以及仿真。

3.对仿真结果进行研究并找出最优控制策略。

二、实验类容：对风速模型、风力机模型、传动模型和发电机模型建模，并研究各自控制方法及控制策略；如对风力发电基本系统，包括风速、风轮、传动系统、各种发电机的数学模型进行全面分析，探索风力发电系统各个部风最通用的模型、包括了可供电网分析的各系统的简单数学模型，对各个数学模型，应用 MATLAB 软件进行了仿真。

三、实验原理：风力发电系统的模型主要包括风速模型、传动系统模型、发电机模型和变桨距模型，下文将从以上几方面进行研究。

1、风速的设计自然风是风力发电系统能量的来源，其在流动过程中，速度和方向是不断变化的，具有很强的随机性和突变性。

本文不考虑风向问题，仅从其变化特点出发，着重描述其随机性和间歇性，认为其时空模型由以下四种成分构成：基本风速b V 、阵风风速 g V 、渐变风速 r V 和噪声风速 n V 。

即模拟风速的模型为：V=b V +g V +r V +n V （1-1)（1）. 基本风b V =8m/s基本风仿真模块（2）阵风风速⎪⎩⎪⎨⎧=0cos v g V g g g g g g T t t T t t t t t +>+<<<1111 (1-2)式中：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=)(2cos 121max cos g g g T t T t G v π (1-3) t 为时间，单位 s ；T 为阵风的周期，单位 s ；cos v ，g V 为阵风风速，单位m /s ；g t 1为阵风开始时间，单位 s ；max G 为阵风的最大值，单位 m/s 。

本例中，阵风开始时间为 3 秒，阵风终止时间为 9 秒，阵风周期为 6 秒，阵风 最大值为 6m/s 。

（3）渐变风速 r V渐变风用来描述风速缓慢变化的特点，其具体数学公式如下：⎪⎩⎪⎨⎧=00v ramp r V r r r r t t t t t t t 2211><<< (1-4)式中：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=rr rramp t t t t R v 212max 1 (1-5) r t 1为渐变风开始时间，单位 s ；r t 2为渐变风终止时间，单位 s ；r V ，ramp v 为不同时刻渐变风风速，单位 m/s ；max R 为渐变风的最大值，单位 m/s 。

实验一 ：风力发电机组的建模与仿真XX ：樊姗 __031240521一、实验目的:1掌握风力发电机组的数学模型2掌握在MATLAB/Simulink 环境下对风力发电机组的建模、仿真与分析；二、实验内容:对风速模型、风力机模型、传动模型和发电机模型建模，并研究各自控制方法及控制策略；如对风力发电基本系统，包括风速、风轮、传动系统、各种发电机的数学模型进行全面分析，探索风力发电系统各个部风最通用的模型、包括了可供电网分析的各系统的简单数学模型，对各个数学模型，应用 MATLAB 软件进行了仿真。

三、实验原理：自然风是风力发电系统能量的来源，其在流动过程中，速度和方向是不断变化的，具有很强的随机性和突变性。

本课题不考虑风向问题，仅从其变化特点出发，着重描述其随机性和间歇性，认为其时空模型由以下四种成分构成:基本风速b V 、阵风风速g V 、渐变风速 r V 和噪声风速n V 。

即模拟风速的模型为：n r g b V V V V V +++= （1-1）（1）基本风速在风力机正常运行过程中一直存在，基本反映了风电场平均风速的变化。

一般认为，基本风速可由风电场测风所得的韦尔分布参数近似确定，且其不随时间变化，因而取为常数（2）阵风用来描述风速突然变化的特点，其在该段时间内具有余弦特性，其具体数学公式为：⎪⎩⎪⎨⎧=00cos v g V gg g g g g T t t T t t t t t +>+<<<1111 （1-2）式中：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=)(2cos 121max cos g g g T t T t G v π （1-3） t 为时间，单位 s ；T 为阵风的周期，单位 s ；cos v ，g V 为阵风风速，单位m /s ；g t 1为阵风开始时间，单位 s ；max G 为阵风的最大值，单位 m/s 。

（3）渐变风用来描述风速缓慢变化的特点，其具体数学公式如下：⎪⎩⎪⎨⎧=00v ramp r V r r r r t t t t t t t 2211><<< （1-4）式中：⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=r r rramp tt t t R v 212max 1 （1-5） r t 1为渐变风开始时间，单位 s ；r t 2为渐变风终止时间，单位 s ；r V ，ramp v 为不同时刻渐变风风速，单位 m/s ；max R 为渐变风的最大值，单位 m/s 。

风电场并网系统模型建立与仿真分析随着环境保护意识的增强和可再生能源的发展，风电场作为清洁能源的代表之一，在全球范围内得到了广泛的应用和推广。

风电场并网系统的建立和优化对于提高电网的稳定性和可靠性具有重要意义。

本文将从模型建立与仿真分析的角度出发，探讨风电场并网系统的相关内容。

一、风电场特点分析风电场具有不稳定性和间歇性的特点，受风速、风向等外部环境因素的影响较大。

因此，建立准确的风电场模型对于系统的稳定运行至关重要。

二、风电场模型建立1. 风机模型：风机是风电场的核心组成部分，其动态特性直接影响到系统的运行效果。

常用的风机模型包括理想风机模型、双馈感应发电机模型等。

2. 风电场电气模型：风电场的电气模型主要包括发电机、变流器、变压器、电缆等组成部分。

其中，变流器模型的建立尤为关键，它将风机产生的交流电转换为直流电并与电网进行连接。

3. 电网模型：电网模型考虑了电网的拓扑结构、参数以及负荷特性等因素，是风电场并网系统模型中不可或缺的一部分。

三、风电场并网系统仿真分析1. 系统稳定性分析：通过仿真分析风电场并网系统的稳定性，包括电压稳定性、频率稳定性等方面，评估系统在不同工况下的运行性能。

2. 响应特性分析：研究风电场对于电网故障的响应特性，包括过电压、过流等现象，并针对性地优化系统控制策略。

3. 接口协调分析：分析风电场与电网之间的接口协调问题，包括功率控制、电压控制等方面，确保系统的安全稳定运行。

四、结论与展望通过模型建立与仿真分析，可以更加全面地了解风电场并网系统的运行特性，为系统的设计优化和控制策略提供重要参考。

未来，随着风电技术的进一步发展和完善，风电场并网系统模型建立与仿真分析将会更加精准和可靠，为清洁能源的推广和应用提供更加坚实的技术支持。

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)风力发电系统建模与仿真摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。

本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基础；（2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型；（3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础；（4）搭建了一套基于PSCADEMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。

关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真1 风资源及风力发电的基本原理1.1 风资源概述（1）风能的基本情况[1]风的形成乃是空气流动的结果。

风向和风速是两个描述风的重要参数。

风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。

风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。

风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。

一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。

风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。

通过它可以得知当地的主导风向。

风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。

（2）风能资源的估算风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下：(1-1) 式中,——风能密度()，是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量；——空气密度()；——风速()。

由于风速是一个随机性很大的量，必须通过一段时间的观测来了解它的平均状况，一个地方风能潜力的多少要视该地常年平均风能密度的大小。

因此需要求出在一段时间内的平均风能密度，这个值可以将风能密度公式对时间积分后平均来求得。

实验一：风力发电机组的建模与仿真
一、实验课题: 风力发电机组的建模与仿真
二、实验内容: 熟悉Matlab编程，通过调用Simulink相关模块搭建风速模型，传动系统模型，发电机模型和变桨距模型
三、实验目标:
1.掌握Matlab模拟仿真方法；
2.掌握Matlab搭建风速模型，传动系统模型，发电机模型和变桨距模型方法
四、实验准备:
1.了解Matlab中Simulink如何构建子系统；
2.通过查阅资料，搞清楚风速模型，传动系统模型，发电机模型和变桨距模型
实现方法。

五、实验重点: 掌握Matlab中Simulink如何构建子系统
六、实验难点: 风速模型，传动系统模型，发电机模型和变桨距模型实现
七、实验步骤:
1.启动Matlab，调用Simulink，搭建风速模型，传动系统模型，发电机模
型和变桨距模型。

2.观察各子系统输出波形，并学会分析结果。

八、报告指导:
1、强调实验报告撰写的规范性：包括实验课题、实验内容、实验要求、
实验步骤、实验结果及分析和实验体会；
2、整个实验工程，源代码应上交，并独立实验调试，随机提出问题，以
便及时了解学生学习情况。

九、实验思考：
调试过程中，程序为何出错，并学出原因。

十、教学后记:
实验指导不要面面俱到、范范而谈，必须及时指出学生编程中出现的问题。