基于Mtalab的风力发电系统的模拟仿真研究_电力论

发布时间：2022-10-05 10:09 热度：

基于Mtalab的风力发电系统的模拟仿真研究

王辰淅

摘 要： 本文总结风力发电机组建模技术与控制策略技术，运用MATLAB中的SIMULINK工具箱对整个系统建立了机理动态模型和仿真模型。在仿真过程中，对比相关公式优势，进行筛选，最后成功完成仿真波形。

关键词：MATLAB；风力发电系统；仿真研究；模糊控制

一、概论：风能作为清洁、可再生资源，具备很多优点，装机快速增长。风力发电机组的控制策略主要分为三类：传统控制方法，现代控制方法和智能控制方法。

二、风力发电机组的数学模型及仿真模型 对大型风力发电机组进行仿真研究，不可避免的建立系统的仿真模型。主要有机理建模和实验建模两种方法。

MATLAB是一种应用于计算技术的高性能语言，将计算、可视化和编程结合在一个易于使用的环境中，工业上用于高生产力研究、开发、分析的工具之一。MATLAB和Simulink是一体的，所以可以仿真、分析、修改模型在两者中的任意环境中进行。

2.1 风力发电系统模型的建立 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。

2.1.1风力机模型的建立 风力机是风力发电系统吸收利用风能并将其最终转化为机械能的重要部件，风以一定的速度和方向作用于桨叶上，进而转化为旋转力矩而使桨叶发生转动，将风能转化为机械能。风能的大小与气流的密度和通过的面积成

2.1.3发电机模型的建立 风力发电机组中的发电机一般采用异步发电机。不仅解决了低功率时发电机的效率问题，而且改善了低风速时的叶尖速比，提高了风能利用系数并降低了运行时的噪声。异步发电机和电力电子变频装置两部分构成了变速风力发电机，建立发电机的模型，而忽略变频装置。

2.2 大型风力发电机组仿真

2.2.1 整体模型的建立 对于整体模型，在原模块的基础上，使每个部分形成整体系统的子系统，分别形成自然风子系统，风力机子系统，发电机子系统和传动系统子系统几部分，形成整体模型，

2.2.2 系统仿真 在对模型不加任何策略的情况下，进行仿真。此目的在于说明系统在没有控制策略的情况下，系统将发生灾难，可能导致系统的无法运行

2.2.3 仿真结果说明 结合了风力发电机组的模型，建立了各部分的模块并进行了组合以及运行。系统在没有控制策略的情况下，在风速高于额定风速时，风轮机和发电机的输出功率远远大于额定输出功率。对于1.5MW 风力发电机组，其最大输出功率为5.23MW，大约是额定输出功率的3.49 倍，有烧坏发电机的可能。在长时间高风速的情况下运行，可能使风力叶片和加速箱行星齿轮的寿命时限变短，不能达到设备的运行要求。

风轮转速基本一直运行在 0.9rad/s 以下，而风轮额定转速为 19.8r/min，即 2.0724rad/s。风轮转速远远低于额定转速，从而必定导致发电量不足，发电效率低下。

2.3 模糊控制原理简介 模糊控制是以模糊数学理论，模糊语言变量以及模糊逻辑推理等作为理论基础，以传感器技术，计算机技术和自动控制理论作为技术基础的一种新型自动控制理论和控制方法。模糊控制是控制理论发展的高级阶段的产物，属于智能控制的范畴。

模糊控制广泛应用于复杂的工业过程控制中，其控制对象具有几个特点：一是对象模型不确定；二是模型的结构和参数可能在大范围内变化；三是具有非线性特性；四是具有复杂的任务和要求。而风力发电系统是一种大时滞，非线性，突变性的系统，所以应用模糊控制系统对其进行控制，是一种积极先进的研究方向，能达到满意的效果。

2.3.1 模糊控制系统的基本结构和控制原理 模糊控制系统主要由模糊控制器，输入/输出接口电路，广义对象以及检测装置构成。输入输出接口电路是模糊控制器连接前后系统的两个通道口，其作用是用来传递信号，并完成模拟信号和数字信号之间的转换，用以控制执行器的动作，实现控制被控对象的目的。

模糊控制系统的工作原理是：由检测装置的数据采集单元获取被控变量，经转换和运算处理后，输出精确值，然后精确值和给定值进行比较获得精确偏差，经模糊控制器进行模糊化处理，模糊规则及推理运算，最后经过精确化处理输出精确量，经接口转换送给执行机构执行，使之达到控制对象的目的。

2.3.2 模糊控制器的基本结构和基本类型 模糊控制器的基本结构，主要是由模糊化，知识库，模糊推理和清晰化等四个部分组成。

模糊化环节的功能是将输入的精确量转换为模糊量，并将输入量进行处理，使其变成模糊控制器要求的输入量，接着进行尺度变换，使其变换到各自论域范围，并进行模糊化处理，使原来精确的输入量变成模糊量，用相应的模糊集合表示。清晰化环节的主要功能是将模糊推理所得的模糊控制量变换为实际用于控制的清晰量。

三 结论与展望 本文运用MATLAB/Simulink模拟了风力发电系统的运行情况，计算机仿真模拟必然是今后工业研究发展的主要手段，对于风力发电系统而言，实际运用中势必要增加控制策略，因此有必要在今后的研究工作中加入不同控制策略的仿真从而体现其实用价值。

四 参考文献 1、张新房.大型风力发电机组的智能控制研究[D].华北电力大学,2004年9月.

2、肖劲松,倪维斗.大型风力发电机组的建模与仿真[J].太阳能学报,1997.

3、孙东升.交流励磁变速恒频风力发电系统建模与仿真[J].计算机仿真,2007

4、李建林,付鸿雁,田桂娥,胡书举,赵斌,许洪华.大型变速恒频风力发电机组建模与仿真[J].太阳能学报,2008.