第9章 MATLAB在风力发电技术中的应用仿真.ppt

通用低压电器篇童 菲(1986!),女,助理工程师,研究方向为电子信息与数据处理。

应用M atlab 对风电系统的动稳仿真童 菲1, 晁 勤2, 曹 慧2(1.西安理工大学自动化学院,陕西西安 710048;2.新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐 830008)摘 要:针对新疆布尔津风电网络,进行了动态稳定性仿真。

利用M atlab 建立了含励磁和调频系统的同步发电机及随风速变化的异步发电机系统的仿真模块,仿真风电网的5种情况,分析了同步发电机功角特性曲线和定子电压波动曲线。

仿真分析结果表明,风电容量占系统总容量比例不能超过15%,否则,风电系统稳定性将被破坏。

关键词:风电系统;动态仿真;稳定性中图分类号:TM 743 文献标识码:A 文章编号:1001 5531(2007)19 0006 03Si m ulation of Dyna m ic Stability for W i nd Po w er Syste m by M atlabTONG F ei 1, C HAO Qin 2, CAO H ui2(1.Schoo l o fAuto m a ti o n ,X i ∀an Un i v ersity of Techno l o gy ,X i ∀an 710048,Ch i n a ;2.Schoo l o f E lectrical Eng i n eering ,X i n jiang U niversity ,U r um ch i 830008,Ch i n a)Abstract :A i m i ng at the w i nd po w er net w ork o f X i njiang Bue rji n ,the dynam i c stab ility si m ulati on w as done .The si m ulati on m odule o f synchronous generator w hich conta i ns exc itati on and frequency regulati on syste m and asyn chronous generator sy stem w hich changes w ith the speed variati on of w i nd w as constituted by M a tlab .F ive cases o f w i nd powe r net w ork w ere si m ulated .T he pow er ang l e curve o f synchronous generato r and dynam ic curve of sta tor voltage w ere analysed .The result o f si m u l a ti on and ana l ys i s s how s that the proporti on o f w i nd pow er capacity i n the to tal system can t 'exceed 15%,o therw ise ,the stab ility o f w i nd powe r system w ill be destroyed .K ey words :w i nd power syste m;dyna m ic si m u l ation ;stab ility晁 勤(1959!),女,教授,博士,研究方向为并网型风力发电系统。

基于matlab风力发电系统的建模与仿真设计一、介绍在当今世界上，可再生能源已经成为人们关注的焦点之一。

其中，风力发电作为一种清洁能源方式，被广泛应用并受到了越来越多的关注。

针对风力发电系统的建模与仿真设计，基于Matlab评台的应用是一种常见的方法。

本文将深入探讨基于Matlab的风力发电系统建模与仿真设计，旨在帮助读者全面理解这一主题。

二、风力发电系统的基本原理风力发电系统是将风能转化为电能的设备。

其基本原理是通过风力驱动风轮转动，通过风轮与发电机之间的转动装置，将机械能转化为电能。

风力发电系统包括风力发电机组、变流器、电网连接等部分。

在设计和优化风力发电系统时，建模与仿真是非常重要的工具。

三、Matlab在风力发电系统建模中的应用Matlab是一种功能强大的数学建模软件，广泛应用于工程、科学和数学领域。

在风力发电系统的建模与仿真设计中，Matlab可以用于模拟风速、风向、风机性能、电网连接等多个方面。

通过Matlab工具箱，可以实现对风力发电系统各个环节的建模和仿真分析。

四、基于Matlab的风力发电系统建模与仿真设计在实际建模中，需要进行风速、风向、风机特性、变流器控制策略等多方面的建模工作。

通过Matlab，可以建立风力机的数学模型，进行风能的模拟，并结合电网连接及功率控制策略进行仿真设计。

通过建模和仿真，可以分析系统在不同工况下的性能表现，指导系统设计和运行。

五、对风力发电系统建模与仿真设计的个人观点和理解在我看来，基于Matlab的风力发电系统建模与仿真设计是一种高效且可靠的方法。

通过Matlab评台，可以更好地对风力发电系统进行综合性的分析和设计。

Matlab提供了丰富的工具箱，能够支持复杂系统的建模和仿真工作。

我认为Matlab在风力发电系统建模与仿真设计上具有很高的应用价值。

六、总结通过本文的阐述，我们全面深入地探讨了基于Matlab的风力发电系统建模与仿真设计。

从风力发电系统的基本原理开始，介绍了Matlab 在该领域的应用，并着重强调了建模与仿真的重要性。

基于Matlab的小型风力发电系统仿真分析设计研发 Research & Design基于Ｍａｔｌａｂ的小型风力发电系统仿真分析在分析目前小型风力发电系统缺陷的基础上，建立了包括不可控桥式整流器和 Buck 变换器的系统 Matlab 仿真模型，计算得到了包括斩波器的特性、发电机在不同风速下的功率输出以及发电机输出功率和转速的对比仿真结果。

■ 孟繁超宋晓美 / 华北电力大学机械工程系风力发电是技术较成熟、产业发展较快、成本相对较低的可再生能源利用方式。

具有很大１系统结构１．１工作原理本文设计的１ｋＷ独立运行小型风电系统的结构采用直－交－直的框架结构，如图１所示，主要组成部分包括风力机、三相交流永磁同步发电机（ＰＭＳＧ）、三相二极管整流器、ＤＣ／ＤＣ变换器、蓄电池、逆变器以及控制系统，系统各个部分互相关联、协调运行，构成一个智能的交流发电机系统。

风力机驱动永磁同步发电机发电，所发出的电经整流后给蓄电池充电，而逆变器将蓄电池或斩波器输出的直流电变换成交流电供交流负载使用。

Ｂｕｃｋ变换器用来改变风力发电机的负载特性，调节发电机输出功率和控制蓄电池充放电。

耗能负载用来保护风力发电机组。

１．２系统结构特点（１）Ｂｕｃｋ变换器的优点ＤＣ／ＤＣ变换器采用Ｂｕｃｋ变换器，相比于其他种类的变换器具有以下优点：１）电路简单，方便调整，可靠性大大提高。

２）对功率管及其续流二极管的耐压要求降低，只要求大于或等于最高输入电源电压即可。

３）储能电感在功率管导通时储存能量，断开时由储的发展潜力。

但风力发电受环境的影响很大，大风、小风、甚至无风，会使发电机输出特性发生很大的变化，其产生的电能很难满足负载恒定电压的要求。

传统的小型风力发电系统采用的直接发电一充电情况，没有对风电转换进行控制，使风力机没有工作在最佳叶尖速比，风能利用效率低。

大多数风机在采用最大功率点跟踪方法时，都需要知道风机最大功率曲线和风速，或者通过调整风机转速达到最大功率点跟踪的目的。

风力发电matlab仿真代码
风力发电是利用自然风力发电机转动发电的一种可再生能源发电方式，具有环保、高效、经济等优点。

为了更好地研究和优化风力发电系统的性能，需要进行matlab仿真。

下面是风力发电matlab仿真代码的内容。

1. 风力发电机模型：根据风速和转速计算风力发电机的功率输出。

2. 风场模型：根据地形、建筑物和气象情况等因素，建立风场模型，计算风速分布。

3. 风力机系统控制：根据风场的风速变化，控制风力机的转速和偏航角。

4. 桨叶角控制：根据风速和转速，控制桨叶角度，实现最大功率输出。

5. 风场和风力机系统的实时监控和数据分析：实时监测风场和风力机系统的运行状态，分析性能和故障。

通过以上仿真，可以优化风力发电系统的设计和运行，提高发电效率，降低成本，推广风力发电技术的应用。

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MATLAB在风电设备设计中的应用刘洋; 贾斌【期刊名称】《《计算机应用与软件》》【年(卷),期】2011(028)010【总页数】4页(P183-186)【关键词】MATLAB; 优化设计; 风力机【作者】刘洋; 贾斌【作者单位】内蒙古师范大学计算机与信息工程学院内蒙古呼和浩特010022; 内蒙古电力科学研究院汽机所内蒙古呼和浩特010020【正文语种】中文【中图分类】TP3170 引言风力发电机叶片设计工作分为设计计算与性能计算两部分。

通常，风力叶片设计要求叶片具有最大的风能利用系数，属于工程计算中的最优化设计问题。

其计算过程复杂，程序嵌套层次繁多，如果应用传统的计算机语言进行计算，设计者将面临繁重的编程工作。

MATLAB是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言，与传统计算机语言比较，MATLAB具有函数功能强大、使用方便、计算精度高等优点。

本文详细讲述了以MATLAB高级程序设计语言为工具、基于Willson方法的高速风力机叶片的优化设计方法。

符号说明如下:a—风轮轴向干扰系数;b—风轮切向干扰系数;F—叶梢损失系数;C—弦长，m;V1—风轮正前方的来流风速，m/s;V2—风轮正后方的风速，m/s;W—相对风速，m/s;P—功率，W;M—转矩，N·m;T—轴向推力，N;R—风论半径，m;r—叶片沿展向不同位置距风轮中心的距离，m;N—风轮叶片数;n—计算过程中将叶片划分的截面数;CL—升力系数;CD—阻力系数;Re—雷诺数;α—攻角，度;β—叶片扭角度;φ—来流风向角度;Ω—风轮转速，r/s;ρ—空气密度，kg/m3;υ—运动黏度;λo—叶尖速比;λ—叶片不同截面处的速比。

1 叶片气动外形的优化设计1.1 Willson方法的数学模型Willson方法涉及动量理论、动量矩理论、叶素理论等，是这些理论的综合应用。

下面给出了Willson计算方法的数学模型:风力机最重要的性能指标是风能利用系数CP，风力机叶片优化设计的总体思想就是以获得最大风能利用系数CP为目标，来计算叶片沿展向各个位置处的弦长与扭角。

风板控制装置MATLAB仿真风力发电作为一种可再生能源，其在可持续发展中发挥着重要作用。

风力发电是利用风能将其转化为电能的过程，通过风轮的旋转驱动发电机发电。

与传统的能源方式相比，风力发电有着诸多优势，如无污染、永续性、可再生性等。

随着对环境保护和可再生能源的需求不断增长，风力发电在可再生能源领域中的重要性也日益凸显。

随之而来的是风力发电技术的不断创新和发展。

风板控制装置作为风力发电系统中的重要组成部分之一，在风力发电的效能和稳定性方面扮演着至关重要的角色。

本文将通过使用MATLAB进行仿真，研究和分析风板控制装置在风力发电系统中的应用，并探讨其对风力发电效能的影响。

通过这一研究，我们可以深入理解风板控制装置的工作原理和优化方法，为进一步提高风力发电系统的性能和可靠性提供有益的参考。

研究目的:本文将通过使用MATLAB进行仿真，研究和分析风板控制装置在风力发电系统中的应用，并探讨其对风力发电效能的影响。

通过这一研究，我们可以深入理解风板控制装置的工作原理和优化方法，为进一步提高风力发电系统的性能和可靠性提供有益的参考。

研究目的:本论文的研究目标是通过MATLAB仿真来探索风板控制装置的性能。

我们将利用MATLAB的仿真工具，对风板控制装置进行建模和模拟，以评估其在不同工况下的性能表现。

通过这项研究，我们希望能够更全面地了解风板控制装置的运行规律和优劣势，为相关领域的工程设计和优化提供参考依据。

本论文的研究目标是通过MATLAB仿真来探索风板控制装置的性能。

我们将利用MATLAB的仿真工具，对风板控制装置进行建模和模拟，以评估其在不同工况下的性能表现。

通过这项研究，我们希望能够更全面地了解风板控制装置的运行规律和优劣势，为相关领域的工程设计和优化提供参考依据。

本文描述了使用MATLAB进行仿真的方法和步骤，并解释了所采用的风板控制算法。

仿真方法包括以下步骤：设计风板控制器的数学模型和算法。

在MATLAB中实现风板控制器的仿真模型。

MATLAB动态仿真在风力发电主控系统中的研究与应用作者：王国庆李响来源：《风能》2014年第11期近年来，我国风力发电产业迅猛发展，风电方面的人才需求量越来越大。

国家发改委《可再生能源中长期发展规划》指出，到2020年前，平均每年要新增风电装机容量约200万千瓦，未来风电行业保持持续增长态势，而风电人才缺口将达到10万以上。

配合本科教学和高级技能人才职业培训的实验台、实训台的开发都将面临更大的发展机遇和创新空间。

专业培养教育刚刚起步，系统性和完整性都期待着不断改善和完备，相信跟随着国家迈向教育强国的步伐，风能领域的专业一定能不断的前进和创新，尤其是在风电机组控制方面。

随着风电机组的装机容量日趋增大，风电机组的控制变得越来越困难。

风电机组主控系统在机组控制中占有举足轻重的作用，因此对主控系统控制策略的研究显得非常重要。

本文基于MATLAB与IPC427的动态连接对主控系统的控制策略进行了研究。

实验平台介绍风电机组主控系统动态仿真实验台如图1所示。

该实验平台的开发要求全面系统的模拟兆瓦级风电机组执行机构、传感器的状态及其控制。

主要包括：偏航、变桨、液压站、刹车、齿轮箱润滑、变桨轴承润滑、机舱温度及热交换、航空障碍灯及机组运行状态、安全链等；采用软件仿真模拟风电机组的气动及传动系统特性，并实现风电机组的变桨和转矩闭环控制。

为了在该实验台中运用MATLAB与IPC427的动态连接库，需要在实验台操作面板上进行相关的操作。

该实验平台的操作面板如图2所示。

MATLAB与IPC427的动态连接库简介为了能够将MATLAB中搭建的风电机组的模型以及对应的控制策略运用到IPC427中，需要将MATLAB、IPC427、ODK和所涉及的HMI相连接。

本实验台主控制器采用西门子IPC 427C，基于嵌入式WinAC RTX编码器，利用西门子开发的风速、风向、发电机转速、偏航系统等50种功能块供用户仿真使用。

首先，在MATLAB/Similink环境下设计所需要的控制系统，并对其进行建模与仿真，再通过端口控制器算法实现PLC环境下相对应的控制系统的实时实现。

基于MATLAB的风力发电系统仿真研究案例范本摘要：本文基于MATLAB对风力发电系统进行了仿真研究，建立了风力发电机组模型、风能转换模型和电网模型，并进行了系统级联仿真。

通过仿真结果分析，得出了风速、风轮转速、发电机转速、输出电压和电流等参数的变化规律，为风力发电系统的设计和优化提供了参考。

关键词：MATLAB；风力发电系统；仿真研究；模型建立；系统级联仿真Abstract: This paper conducts a simulation study on wind power generation system based on MATLAB, and establishes the models of wind turbine generator, wind energy conversion and power grid, and conducts system-level cascading simulation. Through the analysis of simulation results, the variation laws of wind speed, wind wheel speed, generator speed, output voltage and current and other parameters are obtained, which provides a reference for the design and optimization of wind power generation system.Keywords: MATLAB; wind power generation system; simulation study; model establishment; system-level cascading simulation一、引言随着环保意识的逐渐提高和能源危机的日益加剧，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了越来越多的关注和重视。

基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真这里仿真的对象是一个由6台1.5Mw双馈异步风力发电机组组成的9MW的风电场。

这个风电场连接着一个25kV的分布式发电系统，它的电能通过35km长，电压等级为25kV的馈线（B25）输入到120kV的电网上。

有2300kV，2MV A的用电设备也同样连接在B25这条馈线上。

这些用电设备包括一台1.68MW的异步电动机和200kW的阻性负载。

风电机和电动机负载都有保护系统控制着电压、电流和电动机转速。

利用Matlab/Simulink建模并进行了三个方面仿真，其简化示意图及仿真模块图形见附录1。

一、双馈式风力发电机及其仿真模型简介双馈式异步风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator)包含有：一个绕线式转子的异步发电机和一个基于IGBT的交-直-交PWM变频器。

定子绕组直接连接到频率为60Hz的电网，转子通过交-直-交变频器的反馈来调节频率。

双馈电机技术可以使风力发电机组在低风速情况下，通过优化风机转速，从风吸收最大的能量。

而在狂风的情况下，可以使风机承受最小的机械压力。

在给定风速的情况下，最优的驱动速度产生最大的机械能。

当然这些能量都是同风速成比例的。

在风速低于10m/s的情况下，转子运行于“次同步转速”。

在高风速下，转子运行于“超同步转速”。

打开风机的菜单选择“Turbine data”，然后选择“Display wind-turbine power characteristics”（见图1）。

风机机械功率作为驱动转速的功能，在风速5m/s~16.2m/s的范围内可以被显示出来。

双馈电机是根据这条红曲线来控制的。

最佳的驱动转速是在曲线上的B点和C点之间。

双馈电机的另一个优点是电力电子变频器可以产生或者吸收无功。

这样就减少了鼠笼绕组式异步风电机所需的补偿无功的电容器组。

图1、双馈式风力发电机功率特征曲线这个风电机模型可以用来做长时间仿真的暂态稳定性研究。

基于MATLAB的风力发电系统仿真研究本文旨在介绍风力发电系统仿真研究的背景和重要性，并解释研究的目的和方法。

风力发电是一种可再生能源，具有广泛的应用前景。

通过风能转换为电能，风力发电系统为我们提供了一种环保和可持续的能源选择。

然而，在设计和运行风力发电系统时，我们需要充分了解和优化其运行模式和性能，以提高发电效率和可靠性。

仿真研究是一种有效的手段，可以模拟和分析风力发电系统的性能。

基于MATLAB的仿真研究方法可以提供准确且可靠的结果，帮助工程师和研究人员更好地理解和优化风力发电系统。

本研究的目的是通过基于MATLAB的仿真研究，深入探究风力发电系统的运行原理和特性，并分析不同因素对系统性能的影响。

通过模拟不同的工况和参数，我们可以评估系统的发电能力、效率和稳定性，并提出相应的优化策略。

研究方法将基于MATLAB软件平台，利用数学建模和计算机仿真技术，构建风力发电系统的仿真模型。

通过调整参数和输入条件，我们可以模拟不同的工作环境并进行系统性能分析。

通过本文的研究，我们将深入了解风力发电系统的运行原理，并为实际的工程设计和优化提供可靠的依据和指导。

引用1的参考文献]引用2的参考文献]引用3的参考文献]风力发电的基本原理风力发电是一种利用风能将其转化为电能的过程。

风是地球上大气层中的空气运动，而风能则是由这种空气运动所携带的动能。

风力发电利用了风的动能，通过转子将风能转化为机械能，然后再通过发电机将机械能转化为电能。

风力发电的原理方程风力发电的原理方程可以描述风能转化为机械能和电能的过程。

下面是风力发电的原理方程示意：风能 = 0.5 * 空气密度 * 受风面积 * 风速^3其中。

风能表示单位时间内风所携带的能量空气密度表示空气在单位体积内所含的质量受风面积表示受到风的装置的有效面积风速表示风的运动速度风能通过转子转化为机械能，进而转化为电能。

风力发电的转化效率可以通过以下方程表示：转化效率 = 发电机的输出电能 / 风能本文将介绍基于MATLAB的风力发电系统仿真模型的建立和模拟过程。

(完整)基于matlab的风力发电机组的建模与仿真编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)基于matlab的风力发电机组的建模与仿真）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。

本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)基于matlab的风力发电机组的建模与仿真的全部内容。

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、阵风风速 、渐变风速 和噪声风速 。

即模拟风速的模型为：V=+++ （1—1）（1）。

基本风=8m/s基本风仿真模块（2）阵风风速（1-2）式中:（1-3)t 为时间，单位 s ；T 为阵风的周期，单位 s;，为阵风风速,单位m /s;为阵风开始时间,单位 s ；为阵风的最大值，单位 m/s.b V g V r V n V b V g V r V n V b V⎪⎩⎪⎨⎧=00cos v g V g g gg g g T t t T t t t t t +>+<<<1111⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=)(2cos 121max cosg g g T t T t G v πcos v g V g t 1max G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：(1-4)式中：（1—5） 为渐变风开始时间,单位 s;为渐变风终止时间，单位 s ;，为不同时刻渐变风风速，单位 m/s ；为渐变风的最大值,单位 m/s 。

基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真仿真对象是一个由6台1.5MW双馈异步风力发电机组组成的9MW的风电场。

这个风电场连接着一个25kv的分布式发电系统，它的电能通过35km长，电压等级为25kv的馈线（B25）输入到120kv的电网上。

一、仿真过程及结果分析1、风速变化，风机的反映。

初始风速设定为8m/s，时间到t=4s，风速增长到14m/s。

开始仿真。

图1 风速突然变化时输出的曲线（voltage regulation 模式）有功功率随转速平稳的增长，用了18秒的时间到达额定9MW。

这段时间内风机转速从0.8pu增长到1.21pu。

桨距角从0度增长到0.76度，用来限制机械功率。

通过调控无功功率来维持电压在1pu。

额定功率时，风机吸收了0.68Mvar，从而控制电压不变。

图2 风速突然变化时输出曲线（Var regulation 模式）无功控制模式下，保持功率因数不变，从电网吸收一部分无功来并网（达到同步转速），因吸收无功，电压上升。

2、110kv系统电压突然下降的仿真。

风速不变8m/s。

设置5s发生一次0.15pu的电压下降（在Time variation of 中选择Amplitude）。

确保风机为无功控制。

图3 110kv电压突然下降（Var Regulation 模式）用电设备的电流降至0，电动机转速逐渐下降。

用电设备被分离出电网。

图4 110kv电压突然下降（voltage regulation模式）采用Voltage regulation控制模式，用电设备没有被分出电网。

因为电压下降时，风电场发出无功功率。

3、短路故障分析。

0.5s发生三相短路，0.6s消除。

仿真时间为2s。

图5 B690 母线故障时风电场输出波形（voltage regulation 模式）电网发生故障时，风电机组出口电压降低，向电网提供无功功率。

故障清除后，风电机组需要从电网吸收无功功率。

故障时电压下降图6 B690母线三相短路（var regulation 模式）电网发生故障时，风电机组出口电压降低，向电网提供无功功率。