基于matlab风力发电系统的建模与仿真

（2009届）毕业设计（论文）题目：风力发电系统的建模与仿真学院：嘉兴学院专业：电气工程及其自动化班级：电气091学号：***********姓名：******指导教师：*******教务处制年月日I诚信声明我声明，所呈交的论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得＿＿＿＿＿＿或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。我承诺，论文中的所有内容均真实、可信。论文作者签名：签名日期：年月日II授权声明学校有权保留送论文交的原件，允许论文被查阅和借阅，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以影印、缩印或其他复制手段保存论文，学校必须严格按照授权对论文进行处理，不得超越授权对论文进行任意处置。论文作者签名：签名日期：年月日III风力发电系统的建模与仿真摘要本篇论文主要介绍了风力发电机组的基本控制要求和控制策略，在定桨距风力发电机组控制系统仿真方面作了初步的探究和研究。通过控制系统保持了风力发电机组的安全可靠运行，并实现了稳定机组输出功率和优化功率曲线的控制功能。利用控制系统使风力发电系统在规定的时间内不出故障或少出故障，并在出故障之后能够以最快的速度修复系统使之恢复正常工作。本篇论文主要是通过MATLAB仿真软件，建立风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型，对自建的风力发电系统控制模型进行仿真分析，验证风力发电系统控制模型的可用性，并且通过单曲线绘图对模拟结果进行分析，并利用多曲线绘图模块产生可直接用于研究报告的模拟结果图形。关键词：风力发电系统；建模；仿真IVModelingandsimulationofthewindpowersystemABSTRACTThispapermainlyintroducedthebasiccontrolrequirementsandcontrolstrategyofwindgeneratingset,thefixedpitchwindturbinecontrolsystemsimulationhasmadeapreliminaryexplorationandresearch.Throughthecontrolsystemtokeepthesafeandreliableoperationofwindturbine,andrealizesstableoutputpowergeneratingunitandtheoptimizationofthecontrolfunctionofthepowercurve.Usecontrolsystemtomakewindpowersystemwithintheprescribedperiodoftimeisnotoutoforderorlessoutoforder,andwhenfaileditwillrepairwiththequickestspeedsystemtoresumenormalwork.ThispapermainlyusingtheMATLABsimulationsoftware,windpowersystemcontrolmodelisestablishedandthecompletesamplewindpowergenerationsystemmodel,tobuildthecontrolmodelforthesimulationanalysis,toverifytheusabilityofthewindpowersystemcontrolmodel,andcarriesontheanalysistothesimulationresultthroughsinglecurvedrawing,andusethecurveplottingmodulegeneratesagraphicscanbedirectlyusedinthesimulationresultsofthestudy.Keywords:windpowergenerationsystem;Modeling;SimulationV目录摘要............................................................IIIABSTRACT...........................................................IV1绪论..............................................................11.1风力发电系统的研究背景和意义................................11.2国内外风力发电的发展概况....................................21.2.1世界风力发电的发展状况.................................21.2.2中国风力发电的发展状况.................................21.3本论文的主要工作...........................................41.3.1课题的研究内容和基本要求...............................41.3.2研究方法步骤...........................................52风力发电系统的基本原理............................................62.1风力发电的基本原理..........................................62.2风轮机理论..................................................72.3水平轴风力发电机结构........................................72.4定浆距风力发电机组..........................................82.5永磁同步发电机基本原理......................................82.5.1同步电机基础...........................................82.5.2同步电机的基本结构.....................................92.5.3同步电机的工作原理....................................103风力发电系统的建模...............................................123.1风速模型...................................................123.2风力发电机组气动性能模型...................................153.3传动齿轮模型...............................................173.4三相同步发电机模型.........................................183.5风力发电系统整体建模.......................................204风力发电系统的仿真分析...........................................215总结思考.........................................................27参考文献...........................................................29风力发电系统的建模与仿真11绪论1.1风力发电系统的研究背景和意义[1][2]工业生产的进步与发展带来的能源危机和环境问题，使得人们把目光转向可在生能源。以煤炭、石油、天然气、水利和核物质为原料的传统电力开发给环境造成了很大的负担，如环境污染、酸雨、气候异常、放射性废物处理、石油泄露等等。而风力发电对环境的影响则十分微小，具有显著的环境友好特性，是典型的清洁能源。目前，在除水利发电以外的各种再生能源的开发中，风力发电的开发最具潜力，发电成本低，并且在技术上日趋成熟，从而形成一个新兴的产业，成为电力系统结构中相对增长速度最快的新能源发电。因此，对于风力发电技术的研究有着重要的意义。风能是一种无污染、可持续发展的能源，近年来风能的利用越来越受到人类的重视。风力发电作为一种风能的主要利用形式正以前所未有的速度发展，风力发电代替传统能源发电的比例正逐步上升，并在电力系统受越来越受到欢迎和重视[3]。近十年来，风力发电技术得到了飞速的发展和越来越广泛的应用。要进行风力发电系统的研究，传统的方法是将发电机与风轮机相连，在现场做实验，但是这样做成本较高并且可能影响电力系统的运行。仿真建模技术由于不受上述条件的限制，投入低，见效快，因而在风力发电的研究领域得到了越来越广泛的应用，极大地丰富了风力发电的研究手段[4]随着电力工业的飞速发展和对供电的需求，利用新能源发电日益受到人们的关注，风能资源是清洁的可再生能源，风力发电是新能源中技术最成熟、最具开发规模条件和商业化发展前景的发电方式之一。本次选题正是了解到发电系统的新趋势和国家节能减排的计划，对风力发电的研究产生了浓厚的兴趣。为了对风力发电系统的流程深入学习，熟悉一些建模仿真的实现方法，掌握一种仿真软件并且较好的应用，所以选择了风力发电系统的建模与仿真这个题目。风力发电是清洁的、无污染可再生能源，它具有明显的优势。首先，煤、石油、天然气等常规资源并不是取之不尽用之不竭的，必须考虑开发新能源，而风能资源能够完美的体现它的价值，必将受到人们的重视；第二风力发电不像火力发电等其他常规发电方式，它清洁无污染，不会产生温室气体，对环境无污染；第三风力发电运行成本低且可以大规模建设，提高发电效率。嘉兴学院本科生毕业设计21.2国内外风力发电的发展概况[4][5][6]1.2.1世界风力发电的发展状况风力发电于1890年起源于丹麦，1891年丹麦建成了世界上第一座风力发电站，从此之后风力发电便开始迅速发展壮大起来，之后经过几个重要的发展阶段。第一阶段：二战前后，随着能源能源需求的增大，很多国家陆续开始将注意力集中在风力发电上。1941年美国研制生产了一台1250KW的所谓的大型风力发电机组，当时还处于初级研制阶段而且技术复杂。因此这种风力发电机组仍处于科研阶段，无法在现实中投产生产。第二阶段：70年代初期，世界上相继爆发的几次能源危机很大地促进了风力发电的发展。此时，丹麦己研制出“55一630KW”的系列化风力发电机组。第三阶段：出现在80年代，西方各国如德国、美国等国家开展节能计划，加上各国的鼓励政策，如对风电经行减少税费，对风电经行投资支持等促进了风力发电的发展。第四阶段：到了90年代，随着全球能源环境问题加剧，人们的画报意识增强，在这种呼声下，各国更加注重发展风力发电，在科学技术进步的强有力的推动下，风力发电的发展前景令人瞩目。风力发电机组的研发和生产以欧洲国家为主，如丹麦、德国、美国等。其中丹麦的风力发电技术发展最早技术也较为成熟，德国的风力发电技术发展最快且发电量最大。印度的风力发电令人瞩目，是发展中国家中发展最快的国家。到2003年底风电累计装机容量居前五位的国家依次是：德国（14612MW）、西班牙（6420MW）、美国（6361MW）、丹麦（3076MW）和印度（2120MW）。未来国外风力发电的发展有几个明显的趋势：一是发展海上风力发电技术，我们都知道海上风能资源丰富，丹麦、德国等北海岸国家拥有丰富的海上风能资源，也在积极发展海上风力发电；二是风力发电机组向大型化发展，90年代，千瓦级的风力