基于matlab的風(fēng)力發(fā)電機組的建模與仿真設(shè)計

1、 一、實驗?zāi)繕?biāo):1.能夠?qū)︼L(fēng)力發(fā)電機組的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有深入的了解。2.能熟練的利用MATLAB軟件進(jìn)展模塊的搭建以與仿真。3.對仿真結(jié)果進(jìn)展研究并找出最優(yōu)控制策略。對風(fēng)速模型、風(fēng)力機模型、傳動模型和發(fā)電機模型建模，并研究各自控制方法與控制 策略；如對風(fēng)力發(fā)電根本系統(tǒng)，包括風(fēng)速、風(fēng)輪、傳動系統(tǒng)、各種發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型進(jìn)展 全面分析，探索風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各個部風(fēng)最通用的模型、包括了可供電網(wǎng)分析的各系統(tǒng)的簡 單數(shù)學(xué)模型，對各個數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用MATLAB 軟件進(jìn)展了仿真。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的模型主要包括風(fēng)速模型、傳動系統(tǒng)模型、發(fā)電機模型和變槳距模型， 下文將從以上幾方面進(jìn)展研究。 V=V +V +V +V 1-1)b

2、 b V 為陣風(fēng)風(fēng)速，單位m /s；t 為陣 m/s。 r r 2r Cons tant1ProductFcn3 本例中，陣風(fēng)開始時間為 3 秒，陣風(fēng)終止時間為 9 秒，陣風(fēng)周期為 6 秒，陣風(fēng) r漸變風(fēng)用來描述風(fēng)速緩慢變化的特點，其具體數(shù)學(xué)公式如下：0 v 0 t 為漸變風(fēng)開始時間，單位 s；t 為漸變風(fēng)終止時間，單位t 為漸變風(fēng)開始時間，單位 s；t 為漸變風(fēng)終止時間，單位 s ；V ，v 為不同時刻漸 ANDANDOperatorScope3f(u)Product1Fcn1Clock 1Step3Step4 n（5）風(fēng)速V =V +V +V +V Cons tant1Cons tant1

3、 Scope2Scope2ANDLogicalOperatorStep1Out1f(u)ProductFcnScope3RandomNumberANDStep3LogicalOperator1Scope1Step4f(u)Fcn1Cons tantClock 1Product1Step2StepClockAdd12、風(fēng)力機模型的建立風(fēng)力機從自然風(fēng)中所索取的能量是有限的，其功率損失局部可以解釋為留在尾流中的 旋轉(zhuǎn)動能。能量的轉(zhuǎn)化將導(dǎo)致功率的下降，它隨所采用的風(fēng)力機和發(fā)電機的型式而異，因此，風(fēng)力機的實際風(fēng)能利用系數(shù) C 0.593。風(fēng)力機實際得到的有用功率為：p s p T Vw p 為風(fēng)輪角速度

4、，單位為 rad/s。 r gr gpiConstant4Product3 DivideSubtract30.44Subtract Product11CpIn2ProductSubtract10.0167Constant1In1Subtract23Constant3Trigonometric FunctionConstant6Constant5Constant1Product40.00184Abssin0.32Constant2Product2 rScope3Scope3Vw31uCp2Product1W Subs ystem38.5ProductCons tant2u1.2236Cons t

5、ant12TruProduct3310.5.*piGainw1b3111uCons tant3Product43、傳動系統(tǒng)模型的建立:本實驗在分析傳動系統(tǒng)機理的根底上，建立系統(tǒng)的剛性軸模型。剛性軸模型認(rèn)為傳動 系統(tǒng)是剛性的，即低速軸，增速齒輪箱傳動軸，高速軸都是剛性的。忽略風(fēng)輪和發(fā)電機局部的傳動阻尼，最后可得傳動系統(tǒng)的簡化運動方程為： r g dt r g g g gg2Te-K-GainDivide2uSubtractAdd1 g1Tr1sWrIntegrator3.2753*106Constant197.5Constant3Product75.76Constant2本實驗只建立發(fā)電機的模型

6、，而忽略變頻裝置。發(fā)電機的反扭矩方程為： g G g r ，x 分別為歸算后轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏抗，單位為。 ConsCons tant322g320.00240Te1u1uProduct32uGain21Product2uProductAdd20.001690.03759Product12u0.036920.813 uGainWGw1x2c1211x1 Add4、所有模塊Scope3Scope3Scope2Out1PsFromW fenglijiTechuandongxitongWGTeU1fadianji Tr bCons tant2Cons tant1VwWrPsTr01Scope1根本風(fēng)

7、速陣風(fēng)風(fēng)速Vg漸變風(fēng)速Vr隨機噪聲風(fēng)速總的風(fēng)速模型2、風(fēng)力機仿真結(jié)果 c s 3、傳動系統(tǒng)仿真結(jié)果 4、發(fā)電機仿真結(jié)果 U1仿真波形WG仿真波形5、風(fēng)力機組模型仿真結(jié)果風(fēng)速、輸出功率波形都在上面給出波形了，這里不再給出。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)輪機和發(fā)電機的輸出功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定輸出功率。2輸出地角速度在一段時間后趨于穩(wěn)定狀態(tài)。角速度沒有太大的沖擊變化，對硬件機 3功率系數(shù)圖可以看出，風(fēng)能利用系數(shù)比擬低，根本運行在 0.35 以下，必會造成風(fēng) 4風(fēng)輪轉(zhuǎn)速根本一直運行在 0.9rad/s 以下，而文章的風(fēng)輪額定

8、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)電量不五、實驗心得通過本次的學(xué)習(xí)對風(fēng)機發(fā)電機有利一定的了解，風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢不需要燃料、不占 通過查閱資料和教師與同學(xué)的討論，完成了試驗，對風(fēng)力發(fā)電機組有了深刻的了解和認(rèn)識， 為以后的開展和工作奠定了堅實的根底，本次試驗時通過 MATLAB 對風(fēng)力發(fā)機的風(fēng)力機模 型、傳動裝置、發(fā)電機模型與風(fēng)速進(jìn)展了仿真，分析每局部之間的關(guān)系，為以后深入的學(xué) 習(xí)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)打下了良好的根底。 1.2掌握風(fēng)力發(fā)電機組在高風(fēng)速和低風(fēng)速時的控制原理研究方法；二、實驗容:2.1對模糊控制系統(tǒng)的原理進(jìn)展學(xué)習(xí)研究，

9、并且遵循模糊控制器設(shè)計的規(guī)那么和方法， 設(shè)計適合風(fēng)力發(fā)電機組的模糊控制器。如在高風(fēng)速時隨著風(fēng)速以與風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化，通過 控制變槳距不斷的調(diào)整槳距角，使風(fēng)輪的功率因數(shù)變化，從而改變輸出功率，使輸出功率 始終維持在一個合理的恒值狀態(tài)。2.2 對風(fēng)力發(fā)電機組在高風(fēng)速和低風(fēng)速時的控制原理研究，并針對系統(tǒng)控制原理的特 點，分別設(shè)計了模糊控制器，繼而進(jìn)展了高風(fēng)速和低風(fēng)速時的仿真研究，并且將數(shù)據(jù)進(jìn)展 計算，比對證明模糊控制系統(tǒng)是否成功，同時找出系統(tǒng)設(shè)計中的優(yōu)點和不足，進(jìn)展推廣和模糊控制系統(tǒng)一般主要由模糊控制器，輸入/輸出接口電路，廣義對象以與檢測裝置構(gòu) 成。模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，其主要作用是完成輸

10、入準(zhǔn)確量的模糊化處理，并 運用模糊規(guī)那么進(jìn)展運算，進(jìn)而進(jìn)展模糊推理決策運算以與精細(xì)化處理等重要過程。其是 一個模糊控制系統(tǒng)優(yōu)劣性能的指標(biāo)。輸入輸出接口電路是模糊控制器連接前后系統(tǒng)的兩個 通道口，其作用是用來傳遞信號，并完成模擬信號和數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換，用以控制執(zhí)行 器的動作，以實現(xiàn)控制被控對象的目的。廣義對象包括執(zhí)行機構(gòu)和被控對象兩局部。檢測 裝置在模糊控制系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的地位，其精度直接影響整個控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)， 因此要求其精度高，可靠且穩(wěn)定性好。模糊控制系統(tǒng)的工作原理是：由檢測裝置的數(shù)據(jù)采集單元獲取被控變量，經(jīng)轉(zhuǎn)換和運 算處理后，輸出準(zhǔn)確值，然后準(zhǔn)確值和給定值進(jìn)展比擬獲得準(zhǔn)確偏差，經(jīng)

11、模糊控制器進(jìn)展 模糊化處理，模糊規(guī)那么與推理運算，最后經(jīng)過準(zhǔn)確化處理輸出準(zhǔn)確量，經(jīng)接口轉(zhuǎn)換送給 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行，使之達(dá)到控制對象的目的。4.1模糊控制器模型 110.5s11 DerivativeAdd11Add參加控制器與濾波器前后的波形與參加控制器和濾波器的波形 4.2結(jié)果分析通過對上面波形比照可知兩個波形都存在噪聲的干擾，但是在沒有參加控制器的沖擊 很大，會對后期的產(chǎn)生很大的麻煩，同時也會對風(fēng)機會有一定的損壞。波形在控制器的根底上增加了濾波裝置，使輸出的波形更加的平滑、穩(wěn)定，更有利于風(fēng)機的功率輸出。五、實驗心得通過本次實驗我學(xué)會了模糊控制的設(shè)計和使用與濾波器在系統(tǒng)中的重要性，模糊控制 是利用模糊數(shù)學(xué)的根本思想和理論的控制方法。在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動態(tài)模式 的準(zhǔn)確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵