基于MATLAB的风力发电系统设计

目录摘要：......................................................................1Abstract：...................................................................1第一章风力发电系统的进展...................................................21.1风力发电的时代背景...................................................21.2风力发电系统研究的当前状况...........................................21.3本论文主要任务.......................................................3第二章Matlab-Simulink电力系统仿真介绍.....................................32.1MATLAB的介绍........................................................32.2Simulink的基本介绍..................................................4第三章风力发电系统的建模和仿真.............................................53.1引言.................................................................53.2风力发电的建模.......................................................53.3风速变化的涡轮响应...................................................63.4静止同步补偿的作用...................................................8第四章风力发电系统仿真介绍..................................................94.1风力发电系统的设计仿真...............................................94.2风力发电系统设计仿真模拟初始化方法...................................9第五章风力发电系统仿真结果分析.............................................10第六章总结和展望...........................................................116.1总结................................................................116.2展望................................................................11参考文献（References）......................................................11致谢.....................................................................121基于MATLAB的风力发电系统设计专业：电气工程及其自动化学号：7022812107学生姓名：陈旭指导教师：万旻摘要：随着世界不断发展和能源的消耗与日俱增，不可再生能源的供应不足矛盾越发明显，此种现象已引起各国政府的重视，人们迫切需要开发一种新能源代替使用。能源作为国民经济发展和人民高质量生活的重要基础保障，风能作为一种可再生的清洁能源也就越被人们所重视。风能风力发力系统的Matlab仿真对电力运行分析中的地位也越来越重要。相比常规的火力发电和水力发电的方式不同，风电发电的输出功率经常伴随着风速和风向的变化而波动。因此风力发电机根据电机的额定工作转速变化范围可以分为：恒速、有限变速和变速三类风力发电机。本文基于大量的文献资料查询和对Matlab-Simulink电力系统建模与仿真的了解，分析了风力发电系统的运行原理，并针对整个风力系统进行Matlab的动态建模仿真。同时研究不同的风速下对涡轮、保护系统和静止同步补偿器的影响。关键词：风力发电系统，Matlab，系统仿真DesignofwindpowergenerationsystembasedonMATLABAbstract：Withthecontinuousdevelopmentoftheworld'ssupplyandincreasingenergyconsumption,non-renewableenergyshortagecontradictionsmoreobvious,thisphenomenonhasattractedtheattentionofGovernments,thereisanurgentneedtodevelopanewenergyinsteadEnergyasanimportantfoundationforeconomicdevelopmentandtoprotectpeople'squalityoflife,windenergyasarenewablecleanenergy,themoreattentionbythepeople.Matlabsimulationofwindforcewindpowersystemtorunananalysisofthepositionisincreasinglyimportant。Differentcomparedtothermalpowerandhydropowerconventionalmanner,theoutputpowerofwindpowergenerationisoftenaccompaniedbychangesinwindspeedanddirectionandvolatility.Therefore,accordingtotheratedwindturbineoperatingspeedrangeofthemotorcanbedividedinto:constantspeed,variablespeedandvariablespeedlimitedthreewindturbines。ThequeryofalargeamountofliteratureandbasedontheunderstandingofMATLABSimulinkpowersystemmodelingandsimulation,analyzestheoperationprincipleofwindpowergenerationsystem,andMATLABfortheentirewindpowersystemdynamicmodelingandsimulation.Atthesametime,theeffectsofdifferentwindspeedontheturbine,protectionsystemandstaticsynchronouscompensatorarestudied。Keywords:Windpowergenerationsystem，Matlab，systemsimulation2第一章风力发电系统的进展1.1风力发电的时代背景随着世界人口快速增长和可利用的能源飞快枯竭，全世界都即将陷入没有能源使用的尴尬地步，各个国家都迫切需要一种新的能源解燃眉之急。作为可再生能源，风能是一种无污染、安全使用、取之不尽用之不竭的新型能源。它在如今能源危机时代中如一颗启明星冉冉升起，吸引了无数科学家眼球。为此各个国家大力出资扶持有关风力发电系统的一切研发，我国还特别颁布了《可再生能源“十一五”规划》以作为研究风能的支持。与其它能源相比较，风力发电的优点可以归纳为一下三点：第一，就成本而言，建造风力发电场比较火力发电、水力发电和核电发电要节约许多成本；第二，就生态环境而言，风能设施多数为不立体化设施，对建设当地的生态环境破坏少；第三，就环保而言，风能是一种干净、环保的自然能源，使用过程中完全没有污染响应了我国可持续科学发展观的理念，应当被大力倡导发展的新能源。我国的风能资源丰富，据相关研究初步统计：我国实际可开发的风能存储量约为10亿千瓦，风能被利用潜力十分巨大。这几年来我国对风能的利用研究进步极其可观。自从1984年4月在山东建成了第一个风力发电场并网发电使用后，延续至今天，我国已经先后一共建成了43个风力发电场，装机总容量达到76.3万千瓦，遍及全国14个省，其中以内蒙古、辽宁和新疆发展最为良好。1.2风力发电系统研究的当前状况风作为一种清洁、安全和取之不尽的新能源，它没有碳排放的顾虑和燃料风险。风能的廉价特点使它可以大规模的开发和商业化的发电，为解决日益严峻的能源危机风险提供了契机，因此备受各个国家能源战略部所重视。风力发电按其结构、运行方式和控制原理可以分为许多不同类型。按风力发电的结构，可以分为单叶风力发电机组、双叶风力发电机组和三叶风力发电机组。例如按运行方式，风力发电可以总的分为独立运行、风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合和并入常规电网运行向大电网送电。风力发电控制原理根据风力机组的叶片桨距可分为定桨距风力发电机组和变桨距风力发电机组。在传统发电造成环境重大负担情况下，风力发电越发紧迫。风力发电最早出现在三千年前，主要用作于碾米和提水。到了二次世界战争期间，丹麦出现了第一个现代风力发电机组，有两叶和三叶风机输出直流电。1951年，丹麦F.L.Smidth发明了35KW交流风机。随后各国也进入了研究和完善风力发电系统的步伐。我国自1984年4月在山东建成第一个风力发电场并网发电后，风力发电的开发和使用就进入高速发展时期。至2007年，中国风电装机总量为605万千瓦，风电装机容量已排名世界第五。2015年11月，我国海上最大风力发电机组在福建莆田平海湾上安装成功。伴随着计算机技术和自动化控制技术的成熟，早起风力发电的技术难题一一攻克。Matlab的风力发电系统更是完善着风力发电的智能化，运行更加可靠，维护简便。因此对风力发电系统的精确仿真建模也更加必要。31.3本论文主要任务风力发电系统的仿真本是一项复杂的工作，它包括俯仰角的控制、保护系统运行、风速变化的涡轮响应、静止同步补偿器影响等各种数学模型的总结。本论文主要由以下工作方面：1.广泛阅读国内外相关的风力发电的文献，了解风力发电的历史和最新研究动态，主要是对风力发电MATLAB的仿真研究。对所整理的资料进行认真分类研究，加以取精，以便帮助自己的课题研究。2.在MATLAB的simulink中，建立各个部分的仿真模型，然后建立整个风力发电机组的模型，并且进行仿真的研究，和对仿真结果进行综合分析，最后指出不足之处以及需要改进的地方。3.依据MATLAB仿真的结果进行综合分析思考，并且确定控制方法，最后再加以总结归纳。第二章Matlab-Simulink电力系统仿真介绍2.1MATLAB的介绍MATLAB目前是国际最出名、好用之一的数学软件，是由美国MathWorks公司研发出品。矩阵是MATLAB的基本数据单位，数组是它的基本数据单元。最早的MATLAB是由Fortran语言编写的，虽然功能简单但是十分受广大人民喜爱。伴随着MATLAB的不断开发和完善，数值计算功能越发强大，还增加了图像处理功能，使广大使用者使用更加方便，得出的结果更加直观理解。在这其中还增加了C、JAVA、C++等语言的支持。4图2—1MATLAB界面MAT