風力發(fā)電實驗報告 實驗一

風力發(fā)電實驗報告

實驗一實驗課題:風力機系統(tǒng)的建模與仿真專業(yè)：班級：姓名：學號：指導老師：成績：一、實驗目的掌握Matlab的m語言編程以及仿真模型的構(gòu)建方法；掌握利用Matlab軟件構(gòu)建風速模型，風輪模型以及傳動系統(tǒng)模型的方法。二、實驗要求了解Matlab中Simulink如何構(gòu)建子系統(tǒng)以及m語言編程的技巧；通過查閱資料，搞清楚風速模型，風輪模型以及傳動系統(tǒng)模型的實現(xiàn)方法三、實驗內(nèi)容熟悉并掌握Matlab的m語言編程以及Simulink庫相關(guān)模塊應用，構(gòu)建風速模型，風輪模型以及傳動系統(tǒng)模型(包括一質(zhì)量塊模型、二質(zhì)量塊模型以及三質(zhì)量塊模型)并進行仿真實驗驗證。四、實驗步驟啟動Matlab，調(diào)用Simulink工具箱中的模塊或利用m語言編程，構(gòu)建風速模型，風輪模型以及傳動系統(tǒng)模型。觀察各子系統(tǒng)輸出波形，并分析結(jié)果。五、實驗結(jié)果及分析1.風速模型的建立(1)基本風VwB基本風可以由風電場測量所得的威布爾分布參數(shù)近似確定v=A?P(1+1/K)wB(3-1)式中A-K——表示威布爾分布尺度參數(shù)和形狀參數(shù);aV(m/s)「(?)——伽馬函數(shù)。在實際與仿真時我們近似認為VB是一個不隨時間變化的分量，也就是取V為一個常數(shù)。wB(2)陣行風VwG圖3-1基本風VwG用于表述風速的突然變化，在三個時間段內(nèi)有不同的風速，陣性風變化過程如圖3-2所示。①0＜七＜七風速Vg00T1Gt（T1GTg）風速VgVVcos表示在該時間段內(nèi)風速變化具有余弦特性，其表達式為VVmaxG1COS2cos2(tT、m1G)VVmaxG1COS2cos2(tT、m1G)TG(3-2)式中VmaxG——陣行風最大的風速（m/s）;T1Gt——時間（s）；——出現(xiàn)陣性風的時間（起動時間s）；Tg—陣性風的持續(xù)時間。⑶t>T1G+TG風速VwG所以當t=TG時Vcos當t=(T+T)時1GG/2VcosVmax0cosV0cos在分析風電系統(tǒng)對電壓波動的影響時，通常用陣性風來考核較大的風速變化時的電壓波動的特性。（3）漸變風VwRVwR用于描述風速的逐漸的變化，在四個時間區(qū)段內(nèi)有不同風速，漸變風變化過程如圖3-3所示。

0<t<T1R風速Vr=0Tr<t<Tr風速V=V.表示在該時間區(qū)段內(nèi)風速線性變,表達式ramp八t-T、(3-3)Vramp-^maxR(了"""-T1R2R(3-3)所以當t=T1R時當t=T2R時V「amp二Vamp=風速VwR=Vmax?t>TrV「amp二Vamp=風速VwR=Vmax?t>Trr+Tr風速VR=0T^r+Tg圖3-3漸變風隨時間變化曲線圖(4)隨機噪聲風vwNVwN用以描述在指定的高度的風速變化的隨機風的特性，由許多諧波分量構(gòu)成，其表達式為v=2￡Ls(w)偵」/2cos(w+4)(3-4)t=1式中Aw——隨機分布的離散間距；w.——第I個分量的角頻率，w.=(i-1/2)Aw；1——第I個分量的初相角為0?2Pj之間分布的隨機量；「(w.)——第I個分量的振幅。(3-5)2K’F2w.(3-5)+(Fw/邱2T式中K式中KN地表摩擦系數(shù);F攏動范圍m2；R——相對高度的平均風速（m/s）。（5）綜合風速表達式vF攏動范圍m2；R——相對高度的平均風速（m/s）。（5）綜合風速表達式vw綜合風速表達式即是對前面的四個分量風速表達式的求和，其表達式如下v=v+v+v+vwwBwGwRwN綜合風的Simulink的仿真模型如下圖所示：(3-6)2.風輪模型的建立風輪包括風力發(fā)電機組中的輪轂和葉片，主要作用是將風能轉(zhuǎn)化為機械能（機械轉(zhuǎn)矩），帶動風機主軸轉(zhuǎn)動。當空氣流經(jīng)葉片時，會在葉片上、下側(cè)產(chǎn)生壓強差，形成升力，升力以輪轂為中心產(chǎn)生空氣機械力矩，推動葉輪旋轉(zhuǎn)。風輪模型是直接決定了風機從風中獲得能量的效率。風能利用效率與風速、風向、槳距角、偏航角、風輪轉(zhuǎn)速都有關(guān)系，是一個復雜的非線性過程，對于風機的動態(tài)特性有重要的影響，也是風力機仿真中的重點領(lǐng)域。針對不同的仿真目的，大致有三種仿真方法：公式法、表格法、葉素動量法。Simulink的仿真模型如下圖所示:ba_taScope

其仿真波形如圖所示:ba_taScope3.傳動系統(tǒng)模型建立由于風力發(fā)電機組起停頻繁，風輪又具有很大的轉(zhuǎn)動慣量，通常大功率大容量風輪的轉(zhuǎn)速均設計在10到20r/min。因此需要在風輪和發(fā)電機之間設置增速器。大型風力發(fā)電機組的機械傳動系統(tǒng)都沿中心線布置，因此增速器都采用結(jié)構(gòu)緊湊的行星齒輪箱。風力發(fā)電機組的傳動系統(tǒng)主要是由風輪轉(zhuǎn)子，低速軸，增速齒輪箱，高速軸和發(fā)電機轉(zhuǎn)子構(gòu)成的。Simulink的仿真模型如下圖所示：ba_taScope其仿真波形如圖所示:整個實驗所需的代碼如下所示:functiony=cp(x)y=0?22*(116*x(1)-0.4*x(2))*exp(-12.5*x(1));functiony=num_da(x)y=x(1)*x(2)/x(3);functiony=num_da_i(x)y=1/(x(1)+0?08*x(2))-0.035/(x(2)*x(2)*x(2)+1);functiony=Tw(x)y=0.5*pi*x(1)*x(2)*x(2)*x(3)*x(3)*x(3)*x(4)/x(5);functiony=VG(x)if((x(4)>=x(2))&&(x(4)<=(x(2)+x(1))))y=(x(3)/2)*(1-cos(2*pi*(x(4)/x(1)-x(2)/x(1))));elsey=0;endfunctiony=VR(x)if((x(4)>=x(1))&&(x(4)<=x⑵));y=x(4)*(1-(x(4)-x(2))/(x(1)-x(2)));elseif(x(4)<x(5))y=0;elsey=x⑷；endfunctiony=w(x)y=(x(1)-x(2)*x(3))/(x(4)+x(2)*x(2)*x(5));六、實驗體會其實