matlab在风能领域,基于Matlab/Simulink的风力机性能仿真研究
能源研究与信息 第 22 卷 第 2 期 Energy Research and Information Vol. 22 No. 2 2006 收稿日期：2005-10-14 作者简介：高 平(1980-)，男(汉)，硕士研究生，gaopingping1980@163.com。 文章编号: 1008-8857(2006)02-079-06 基于 Matlab/Simulink 的风力机性能仿真研究 高 平, 王辉, 佘岳, 李龙文 (湖南大学 电气与信息工程学院, 长沙 410082) 摘 要: 随着风力发电技术的发展，变速风力发电技术成为了风力发电发展的趋势。风力机作为变速风力发电机组的重要部分，其性能影响到风力发电机组的整体性能。根据变速风力机的静态性能特点，采用 Matlab/Simulink 软件对其进行建模，并给变速风力发电机组风力机输入模拟变速风速进行仿真研究，给出了风力机的静态性能数据和仿真波形。结果表明：通过调节影响风力机性能的各因素，保持发电机的转速与主导风速之间特定的最优比例系数，使得风力机保持在最佳叶尖速比下运行，跟随变速风速可实现最大风能捕获；对变速风力机的静态性能研究建模方法是正确可行的。 关键词: 变速风力发电; 转矩系数; 功率系数; 仿真 中图分类号: TK83 文献标识码: A 世界各国日趋关注环境与发展的问题，许多发达国家把可再生能源作为能源政策的基础，风能的利用是发展很快的一个领域，如今大型风力发电机在提供经济的清洁能源与公用电网展开了竞争。从 1890 年美国农村第一个风力发电机投运并开始生产电能，现在在欧洲风能利用以每年 36%的量增长，风电技术也发展的很快，如今风力涡轮机平均容量是 300 kW~600 kW。 已开发出 1 MW~3 MW 的风力机并在世界范围内安装，更高容量的原型机正在开发中[1~2]。 变速恒频风力发电技术因其具有低噪音、低损耗，且变速恒频风力发电机能在低风速时 能跟踪 Cpmax( λ ， β )最佳曲线以获得最大限度捕获风能的能力，是风力发电技术发展的方向[3]。 变速恒频风力发电技术是今后风电技术研究的重点和热点，不论从风力机的容量研究，还是风电技术的控制部分的研究。变速风力发电机组的风力机输出转矩和输出功率作为变速恒频风力发电系统的重要部分，它的静态性能在很大程度上影响风力发电系统的性能。本文采用Matlab/Simulink 仿真软件，对变速风力发电机组风力机的各种静态性能进行仿真研究，以建立合理的变速风力发电系统。 1 变速风力机原理 1.1 风力机结构 风力机是风电机组的最主要部件，是由桨叶与轮轴组成，桨叶具有良好的空气动力学外 能源研究与信息 2006 年 第 22 卷 80 形，在气流作用下能产生空气动力使风轮旋转，将风能转换成机械能，再通过发电机将机械能转换成电能。在理论上，最好的风轮也只能将约 60%的风能转换成机械能。在目前主要是以水平轴、上风向、三叶片的机组为主。其中又有定桨距和变桨距风轮，定转速和变转速发电机[4]。 本文主要研究的是采用变桨距，变转速发电机的变速风力发电机，其结构如图 1 所示。 1.2 变速风力机特性 当风力发电机处于静态运行时，是发电机静态转矩特性和风力机气动转矩特性的交叉点，此时的节距角是保持恒定的。由于风力机与发电机是采用直接驱动方式联接的，因此可以构建一简单的数学模型来反映变速风力发电机组的基本动态特性，即： 图 1 风力发电机示意图 Fig. 1 Schematic of wind power generation r r
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