风力发电系统建模与仿真
风力发电机组的控制系统设计与仿真
风力发电机组的控制系统设计与仿真一、引言风力发电作为可再生能源的一种重要形式，受到越来越多国家和地区的广泛关注和重视。
风力发电机组的控制系统对于提高发电效率和确保机组安全稳定运行具有至关重要的作用。
本文旨在介绍风力发电机组的控制系统设计和仿真，并探讨其在风力发电行业中的重要性和应用前景。
二、控制系统设计1. 控制系统架构风力发电机组的控制系统通常包括主控制器、传感器、执行器和通信模块等组成部分。
其中，主控制器负责整个系统的运行控制和监测；传感器用于采集风速、转矩、温度等参数；执行器控制叶片角度、转速等；通信模块用于与外部网络进行数据交互。
2. 控制策略风力发电机组的控制策略包括风轮转速控制、叶片角度控制和电网连接控制等。
其中，风轮转速控制可以通过调整叶片角度和变桨控制实现，以优化风轮在不同风速下的转速；叶片角度控制可以根据风速和转速等参数进行自适应调整，以达到最佳发电性能；电网连接控制包括对电力系统的稳定性和功率因数等进行监测和调整。
3. 仿真模型设计为了对风力发电机组的控制系统进行仿真验证，需要建立相应的仿真模型。
仿真模型应包括风速、转速、叶片角度和发电功率等参数，并结合风场条件和机组特性进行模拟。
在仿真过程中，可以通过改变参数和策略，评估不同控制系统设计对机组性能的影响，并找出最优解。
三、仿真应用与优化1. 性能评估通过仿真模型，可以对不同控制系统设计的风力发电机组进行性能评估。
包括发电效率、稳定性和可靠性等方面的指标。
根据评估结果，可以对控制系统进行优化设计，提高发电机组的整体性能。
2. 变桨控制优化变桨控制是风力发电机组中的重要环节，直接影响着叶片的角度和风轮的转速。
通过仿真模型，可以对不同变桨控制策略进行比较和优化。
例如，调整叶片角度的时机和角度范围，以提高风力发电机组的发电效率和稳定性。
3. 智能优化算法应用利用智能优化算法，可以对风力发电机组的控制系统进行优化设计。
例如，遗传算法、模糊控制和人工神经网络等算法可以结合仿真模型，寻求最佳的控制策略和参数配置，以提高机组的发电效率和适应性。
风能发电系统的建模与仿真
风能发电系统的建模与仿真随着对可再生能源的需求日益增长，风能发电作为一种环保、高效的能源来源受到了广泛关注。
为了更好地发展和优化风能发电系统，建模与仿真成为了不可或缺的工具。
通过建立一个准确的模型，并进行仿真分析，可以帮助我们深入了解风能发电系统的性能特点，优化系统配置，并为系统的实际运行提供参考。
首先，风能发电系统的建模是指根据系统的物理特性和工作原理，利用数学方程和模型描述系统的各个部分，并建立它们之间的关系。
常见的风能发电系统包括风力发电机、风轮、发电装置等。
对于风力发电机的建模，可以采用机械力平衡方程和电磁特性方程来描述其工作原理。
机械力平衡方程考虑了风力和机械转动阻力之间的关系，电磁特性方程描述了转动部件与发电机之间的能量转换过程。
通过对这些方程进行求解，可以得到风力发电机的转速、转矩等关键参数。
对于风轮的建模，可以考虑风轮受到的风力和转动部件的质量、惯性等因素的影响。
风力的影响可以由风力模型来描述，包括风速、风向等参数。
转动部件的影响可以通过质量和惯性的计算来体现。
综合考虑这些因素，可以得到风轮的转速、转矩等性能指标。
发电装置的建模是为了研究风能发电机的发电输出。
这一部分的建模主要关注风力发电机与发电设备之间的能量转换过程。
通过建立电气特性方程，可以计算风力发电机的输出电流、电压等关键参数。
而发电设备的模型则可以考虑电功率变换、电压变换等过程。
在建模的基础上，进行仿真分析可以帮助我们更加深入地理解风能发电系统的性能特点，并提出系统优化的方案。
通过改变模型中的参数和条件，我们可以研究不同风速、转速等条件下系统的响应情况，进而确定系统的最佳配置。
此外，仿真还可以帮助我们评估系统的可靠性、稳定性等指标，为系统的实际运行提供参考。
在进行仿真分析时，需要注意一些关键的参数和条件的选择，以确保结果的准确性。
首先，选择合适的风速范围和变化规律，以模拟实际工作环境中的风力情况。
其次，需要合理选择风能发电系统的组件参数，以保证模型的可靠性和准确性。
风力发电机组的建模与仿真
风力发电机组的建模与仿真风力发电是一项越来越受到重视的可再生能源。
为了更好地利用风能，风力发电机组已经越来越普及。
风力发电机组的效率，稳定性和可靠性是非常关键的，我们需要对其进行建模和仿真分析。
本文将介绍风力发电机组的建模和仿真过程，并分析其优缺点和应用范围。
一、风力发电机组的基本结构风力发电机组包括风轮、发电机、传动系统、控制系统和塔架等部分。
风轮是将风能转化为机械能的主要部分，其形状和材质不同，可以影响整个系统的性能。
发电机是将转动的机械能转化为电能的关键部件。
传动系统负责将风轮的转动传导到发电机上，其间隔离了风轮受到的不稳定风力，使发电机获得更稳定的转速。
控制系统负责监测和控制整个系统的运行状态，保证系统的安全和可靠性。
塔架是支撑整个系统的基础，必须满足足够的强度和刚度。
二、风力发电机组的建模建模是对系统进行研究和仿真的重要步骤。
我们需要建立准确的模型才能更好地了解系统的行为和性能。
风力发电机组的建模包括机械模型、电气模型和控制模型。
机械模型描述了风轮、传动系统和塔架之间的相互作用。
其中，风轮可由拟合风速的阻力模型和旋转惯量模型表示，传动系统可以通过多级齿轮系统表示，塔架可以使用弹簧阻尼系统进行建模。
电气模型描述了发电机和网侧逆变器之间的电能转换过程。
发电机模型需要考虑到其内部电气参数和转速特性，网侧逆变器模型一般采用PID控制器进行描述。
控制模型描述了控制系统的功能和行为。
其中，风速控制模型可以通过调节风轮转速实现，功率调节模型可以通过调节发电机电压和电流实现。
三、风力发电机组的仿真仿真是建模的重要应用，通过模拟和分析系统的行为和性能，可以准确预测系统的运行状况。
风力发电机组的仿真可以通过MATLAB/Simulink等仿真工具进行实现。
在仿真中，我们可以考虑不同的工况和故障条件，分析风轮、传动系统、发电机和控制系统的响应。
通过对系统的分析和优化，可以提高系统的效率和可靠性，并降低系统的维护成本和损失。
《2024年风光互补发电系统的建模与仿真研究》范文
《风光互补发电系统的建模与仿真研究》篇一摘要：随着对可再生能源需求的增长和对环境可持续发展的追求，风光互补发电系统因其在地理和能源来源上的优势受到了广泛的关注。
本文着重介绍了风光互补发电系统的建模、仿真以及相关的研究成果，通过对系统结构、运行机制及模拟方法的深入研究，旨在为进一步推动可再生能源领域的技术创新和优化提供理论支持。
一、引言风光互补发电系统，即利用风能和太阳能进行发电的系统，具有无污染、可持续、分布广泛等优点。
随着全球能源结构的转变，风光互补发电系统已成为未来能源发展的重要方向。
因此，对其建模与仿真研究具有重要的理论和实践意义。
二、风光互补发电系统的建模1. 系统结构模型风光互补发电系统的结构模型主要包括风力发电机组、太阳能光伏板、储能装置（如电池组）以及控制系统等部分。
通过建立各部分的数学模型，可以描述系统的运行特性和能量转换过程。
2. 能量转换模型能量转换模型主要描述风力和太阳能如何被转换成电能的过程。
风力发电机组和太阳能光伏板的工作原理和性能参数是建模的关键。
此外，还需要考虑环境因素如风速、光照强度等对能量转换效率的影响。
三、仿真方法及工具1. 仿真方法仿真方法主要采用物理建模和数学建模相结合的方式。
通过建立系统的物理模型，可以更直观地了解系统的运行机制；而数学建模则可以通过数学方程描述系统的行为，为后续的仿真分析提供基础。
2. 仿真工具仿真工具的选择对于提高仿真效率和准确性具有重要意义。
常用的仿真软件如MATLAB/Simulink等，具有强大的建模和仿真功能，可以有效地用于风光互补发电系统的建模与仿真。
四、仿真结果与分析通过仿真，我们可以得到以下结果：1. 系统输出特性仿真结果可以清晰地展示风光互补发电系统的输出特性，包括在不同风速和光照强度下的发电量，以及系统的日、月、年发电量等。
2. 系统性能评价通过对比不同配置和参数下的系统性能，可以评价系统的稳定性和经济性等指标，为实际工程提供参考依据。
风力发电系统的动态建模与仿真
风力发电系统的动态建模与仿真随着全球对可再生能源的需求不断增长，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式受到了广泛关注。
风力发电系统的动态建模与仿真是研究和优化风力发电系统运行的重要手段，有助于提高风力发电系统的效率和可靠性。
本文将探讨风力发电系统动态建模与仿真的方法和应用，以及在模型开发和仿真过程中需要注意的问题。
一、风力发电系统的动态建模风力发电系统包括风力机、风能转换子系统、并网变频器、变电所和电网等组成部分。
为了对风力发电系统进行动态建模，需要考虑各个组件之间的相互作用和系统运行的特点。
1. 风力机的动态建模风力机是风力发电系统的核心部件，负责将风能转化为机械能。
风力机的动态建模需要考虑风速对风轮转速的影响、风轮转速对发电机转速的影响以及风轮和转子之间的功率传递过程。
一种常用的方法是使用变力学方程描述风力机的运动过程，并结合风力和风功率曲线进行模拟。
2. 风能转换子系统的动态建模风能转换子系统包括风能转换器、传动装置和发电机等。
风能转换器将机械能转化为电能，传动装置则负责将风力机的转速传递给发电机。
在进行动态建模时，需要考虑风能转换器和传动装置的效率、传动过程中的能量损耗以及发电机的电力输出特性。
3. 并网变频器和变电所的动态建模并网变频器和变电所是将风力发电系统产生的电能接入电网的关键设备。
并网变频器的主要功能是将发电机输出的低频交流电转换为电网所需的高频交流电，同时负责控制电网功率的调节。
变电所则负责将风电场产生的电能集中输送到电网。
在进行动态建模时，需要考虑并网变频器和变电所的功率转换过程、电力损耗以及对电网供电稳定性的影响。
二、风力发电系统的仿真风力发电系统的仿真可以通过使用专业的仿真软件或自行开发仿真模型来实现。
仿真可以帮助研究人员和工程师在实际运行之前评估系统性能、验证设计和控制方案的有效性，以及优化风力发电系统的运行策略。
1. 仿真软件的选择和应用目前市场上有多种风力发电系统仿真软件可供选择，例如，DigSilent、PSCAD、Matlab/Simulink等。
风力发电系统模型搭建与仿真分析
风力发电系统模型搭建与仿真分析采用小型永磁同步电机分析模型并且忽略其磁饱和度。
永磁发电机的数学模型如下：(3-8)代表永磁发电机在d 轴流过的电流，u d代表发电机在d 轴上的电压，L d 代表永磁式中id发电机在d 轴上的电感。
i q 代表永磁发电机在q 轴流过的电流，u q 代表发电机在q 轴上的电压，L q 代表永磁发电机在q 轴上的电感。
发电机角速度是①e ，发电机定子电阻是R a ，发电机的电磁转矩是T e 。
发电机永磁体磁链是Ψ。
当转子表面装有磁铁时，有效气隙可视为常数。
这是因为永磁材料相对磁导率大概一致[55] 。
所以d轴与q轴同步电感一致，即L d =L q =L 化简为：(3-9)其中T与成i q 正比。
如果发电机电磁转矩变大，系统中的定子电流也会随之变大，e进而对定子电流进行控制，使得发电机电磁转矩与风力涡轮输出转矩T 均衡，实现最大功率输出。
在仿真平台上搭建风力发电系统最大功率点跟踪仿真模型，模型图如下图3-8 所示。
AC/DC 采用了不可控整流二极管，DC/DC 变换器使用boost 电路，永磁同步发电机模型直接在Matlab 中调用。
将风机半径设为3.5m ，设置初始风速为4m/s 并进行时长4s 的仿真，在2s 时将风速提升至6m/s。
梯度式扰动观察法中最大功率点跟踪模块的控制策略如图3-9 所示。
图3-8 风力发电系统的控制模型Fig.3-8 Control model of wind power generation system28图 3-9 风力发电最大功率跟踪模块Fig.3-9 Wind power generation maximum power tracking module永磁同步电机参数情况如下表 3-1 所示。
表 3-1 永磁同步电机参数Tab.3-1 Parameter of synchronous machine名称参数大小额定转速（rad/s ） 40 转动惯量（kg/m 2） 0. 189 定子绕组电阻 (Ω) 0.05 定子绕组电感（ m H ）7. 15 极对数 34 磁链（Wb ）0. 1892风力发电系统最大功率跟踪仿真曲线如图 3-10 和 3-11 所示。
本科毕业论文-—风力发电系统控制模型建立和仿真分析
摘要风能作为一种清洁的可再生能源，在当今能源短缺的情况下，变的越来越重要。
由于风的不稳定性和风力发电机单机容量的不断增大，使风力发电系统和电网的相互影响也越来越复杂，因此，对风力发电系统功率输出的稳定性提出了更高的要求。
控制系统对提高风力发电系统功率输出的稳定性有很大的作用，所以有必要对控制系统和控制过程进行分析。
本设计主要依据风力发电机组的控制目标和控制策略，通过使用电力系统动态模拟仿真软件PSCAD/EMTDC，建立变桨距风力发电机组控制系统的模型。
为了验证控制系统模型的可用性，建立风力发电样例系统模型，对样例系统进行模拟仿真，并对所得的仿真结果进行了分析，从而证实了风力发电机组控制系统模型的可用性,然后得出了它的控制方法。
通过对风力发电机组控制系统的模拟仿真，可得如下结论：风力发电机变浆距控制属非线性动态控制，在风力发电机组起动时，通过改变桨叶节距来获得足够的起动转矩，达到对风轮转速的控制的目的；当风速高于额定风速时，通过自动调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，满足风力发电系统输出功率稳定和功率曲线优化的双重要求。
关键词：风力发电；控制系统；PSCAD/EMTDC；仿真分析AbstractThe wind energy which is used as a kind of clean and reproducible energy, nowadays gets more and more important in the energy scarcity cases. Because instability of the wind and continuous enlarging capacity of the single machine in wind power generation, mutual effect between the wind power system and the grid is more and more complicated, so the higher demand is brought forward about the stability of output power of the wind power generation system. The control system may enhance the stability of output power, therefore we have the necessity to analyses control system and the control processes.The design mainly bases on the control target and strategies of the wind power generation. We have established the alterable pitch control model using the power system dynamic simulation software PSCAD/ EMTDC. Also we have established the model of the wind power system for validating the usability of the controller model. We have simulated the whole system and analyzed the result of simulation, and confirmed the usability of the controller model and its control method.We have simulated the control system model of the wind power generation, and got a conclusions: The alterable pitch control of wind power generation is the non-linear dynamic control, control system changed pitch angle for acquiring starting torque while the wind power generation started; we adjusted the pitch angle for changing angle which airflow blow vane , when the wind speed exceed rated speed, then changed the torque of aerodynamics for Satisfing dual demand which are steady power output of the wind power generation and optimizing the power curve .Keywords: Wind power generation; Control system; PSCAD/ EMTDC; Simulation and analysis毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
风力发电机组系统建模与仿真研究
风力发电机组系统建模与仿真研究一、概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注。
风力发电机组作为风力发电的核心设备，其性能优化和系统稳定性对于提高风电场的整体效率和经济效益具有重要意义。
对风力发电机组系统进行建模与仿真研究，不仅可以深入了解风力发电机组的运行特性和动态行为，还可以为风力发电系统的优化设计、故障诊断和性能提升提供理论支持和技术指导。
风力发电机组系统建模与仿真研究涉及多个学科领域，包括机械工程、电力电子、自动控制、计算机科学等。
建模过程需要考虑风力发电机组的机械结构、电气控制、风能转换等多个方面，以及风力发电机组与电网的相互作用。
仿真研究则通过构建数学模型和计算机仿真平台，模拟风力发电机组的实际运行过程，分析不同条件下的性能表现和动态特性。
近年来，随着计算机技术和仿真软件的不断发展，风力发电机组系统建模与仿真研究取得了显著进展。
各种先进的建模方法和仿真工具被应用于风力发电机组系统的研究中，为风力发电技术的发展提供了有力支持。
由于风力发电的复杂性和不确定性，风力发电机组系统建模与仿真研究仍面临诸多挑战，需要不断探索和创新。
本文旨在对风力发电机组系统建模与仿真研究进行全面的综述和分析。
介绍风力发电机组的基本结构和工作原理，阐述建模与仿真的基本原理和方法。
重点分析风力发电机组系统建模与仿真研究的关键技术和挑战，包括建模精度、仿真效率、风能转换效率优化等方面。
展望风力发电机组系统建模与仿真研究的发展趋势和未来研究方向，为风力发电技术的持续发展和创新提供参考和借鉴。
1. 风力发电的背景和意义随着全球能源需求的不断增长，传统能源如煤炭、石油等化石燃料的消耗日益加剧，同时带来的环境污染和气候变化问题也日益严重。
寻找清洁、可再生的能源已成为全球关注的焦点。
风能作为一种清洁、无污染、可再生的能源，正受到越来越多的关注和利用。
风力发电技术作为风能利用的主要方式之一，具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。
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风力发电系统建模与仿真摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。
本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基础；（2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型；（3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础；（4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的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，并且已初步实现风力机特性模拟功能。
关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真1 风资源及风力发电的基本原理1.1 风资源概述（1）风能的基本情况[1]风的形成乃是空气流动的结果。
风向和风速是两个描述风的重要参数。
风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。
风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。
风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。
一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。
风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。
通过它可以得知当地的主导风向。
风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。
（2）风能资源的估算风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下：3ω= (1-1)5.0vρ式中,ω——风能密度(2W)，是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量；/mρ——空气密度(3kg)；/mv ——风速(s m /)。
由于风速是一个随机性很大的量，必须通过一段时间的观测来了解它的平均状况，一个地方风能潜力的多少要视该地常年平均风能密度的大小。
因此需要求出在一段时间内的平均风能密度，这个值可以将风能密度公式对时间积分后平均来求得。
有效风能密度还可根据下式求得⎰=21)(5.03v v dv v P v ρω （1-2） 式中，1v ——启动风速（s m /）；2v ——停机风速（s m /）；)(v P ——有效风速范围内的条件概率分布密度函数]2[。
平均风能密度则可用下式求得：⎰=dt v P v T)(5.013ρω （1-3） 1.2 风力发电的基本原理风能具有一定的动能，通过风轮机将风能转化为机械能，拖动发电机发电。
风力发电的原理是利用风带动风车叶片旋转，再通过增速器将旋转的速度提高来促使发电机发电的。
依据目前的风车技术，大约3m/s 的微风速度便可以开始发电。
风力发电的原理说起来非常简单，最简单的风力发电机可由叶片和发电机两部分构成如图1-1所示。
空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能，从而推动片叶旋转，如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连就会带动发电机发出电来。
1.3 风力发电的特点风力发电具有以下特点：① 可再生的洁净能源；② 建设周期短，装机规模灵活，可根据资金情况决定一次装机规模，有一台资金就可以安装一台投产一台；③ 可靠性高，把现代高科技应用于风力发电机组使其发电可靠性大大提高，中、大型风力发电机组可靠性从80年代的50%提高到了98%，高于火力发电且机组寿命可达20年；④ 造价低，运行维护简单，实际占地面积小；⑤ 发电方式多样化，既可并网运行，也可以和其他能源如柴油发电、太阳能发电、水利发电机组形成互补系统，还可以独立运行；⑥ 单机容量小2 风能及风力机系统模型的建立2.2 风频模型风速具有明显的随机性和间歇性。
为了较精确地描述风速及其变化特性，引入风频分布的概念。
风频分布就是风速的统计概率分布，是衡量风能资源分布特性的重要指标，它反映了风电场某个时段每一风速出现的概率，可以通过分析风电场实际测风的原始资料得到。
根据风电场实际测风的结果，假设风速是以小时平均，按每小时正点前十分钟测取，那么在一年之内就有N 个测点，这样可得风电场实际的风频分布为：yvi i N N F （2-1）式中i F ——风速wi v 的实际分布频率；vi N ——一年内风速wi v 出现的次数；y N ——一年内总的测风点数，一般有8760=y N 。
风电场风速符合威布尔分布：()K A V K e A V A K v f ⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛=1 （2-2）式中，v 为风速（s m /），()∙f 为威布尔分布函数，A 、K 为威布尔尺度系数（s m /）和形状系数。
利用风电场测风的结果，对实际所得的风速数据进行统计，得出年平均风速P V 和风速频率分布i F ，并采用最小逼近法，min 12=-∑=y N i i i F f （2-3）算出威布尔分布参数A 、K 的近似值。
从而得到风速风频特性的数学模型，进而得到风电场风能资源分布和评估、风力发电机组选型和发电量的预测以及风电场并网对系统的影响分析。
2.2 风速模型通常用四种成分的风速来模拟实际风速：基本风wb v 、阵风wg v 、渐变风和随机风。
（1） 基本风wb v基本风反映了风场平均风速的变化，风力发电机向电网输送功率的大小主要由基本风决定，它的测得由风电场测风所得的威布尔分布参数近似确定。
一般认为基本风在一段时间内不随时间变化，可取常数。
⎥⎦⎤⎢⎣⎡+Γ⋅=K A v wb 11 （2-4）图2-1 基本风随时间变化曲线图 （2） 阵风wg v阵风为描述风速突然变化的特性，可假设在该段时间内风速具有余弦特性。
⎪⎩⎪⎨⎧+<<⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=其他时间02cos 12111max G G G G G wg T T t T T T t G v π （2-5） 式中，m a xG ——阵风幅值（s m /）； G T ——阵风周期（s ）；G T 1——阵风开始时刻（s ）。
图2-2 阵风随时间变化曲线图（3） 渐变风wr v渐变风用以描述风场稳态能量随时间缓慢变化的过程，以风速由小变大为例，渐进风可用下式模型：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+<<<<--+><=R R R R R R R R R R R wr T T t T R T t T R T T T t T T t T t v 22max 21max 121210或 （2-6）式中，m a xR ——渐变风的最大值； R T 1——渐变风开始时刻；R T 2——渐变风结束时刻；R T ——渐变风保持时间。
图2-3 渐变风随时间变化曲线图（4） 随机风随机风表示风速变化的随机特性：随机噪声风速。
()[]∑=+∆=n i i i i V wn t w w w S v 121)cos(2ϕ()3422212⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=μππi i N i V Fw w F K w S w i w i ∆-=)5.0( （2-7）式中，i w ——第i 个分量的角频率；w ∆——随机分量的离散间距；i ϕ——在0~π2间服从均匀概率密度的随机变量；N K ——地表粗糙系数，一般取0.004；F ——扰动范围（2m ）；μ——相对高度的平均风速（s m /）；)(i V w S ——风速随机分量分布谱密度（s m /2），通过对其积分便可得短期风速数据。
（5） 合成风速模拟实际作用在风力机上的风速为：wn wr wg wb w v v v v v +++= （2-8）（6）综合风速模型Vw图2-4 综合风速模型输入参数如下：① 基本风：s m v wb /9=。
② 阵风：s m v /2max =，s T IG 3=，s T G 1=，数量为1。
③ 渐变风：s m v /2max =，s T IR 4=，s T R 1=，数量为1.5.④ 随机风：004.0=N K ，22000m F =，50=n 。
仿真结果如下：图2-5 综合风速模型仿真结果在前面我们已经讨论过，风是近似的服从威布尔分布，也就是说，近似的服从正态分布。
如图2-5所示,在没有外力风速的情况下，由于受随机噪声风的影响，风速的曲线波动很大，在3s 和4s 时分别又受到阵行风与渐变风的影响，波形也出现了相应的波动，其综合风速的最大值可达到15.96m/s 。
所示说，用以上的四个风的分量在一定的程度上是可以大体的描述风的波形，但在一些细节上还需要进一步修正，所以它的使用范围是有限的，只是可以用在一些要求的精确程度不高的模型的仿真。
2.3 风力机建模与分析2.3.1 风力机能量转换过程风力机能量转换模型的功率及转矩计算公式是根据流体力学中气流的动能计算公式，并结合贝兹理论得到的，详见资料[4]。
风力机简化模型如下：图2-6 风力机简化模型风力机，风能的吸收和转换装置。
传动装置主要包括轮毂、齿轮箱和传动轴，起连接和传动作用。
发电机，能量转换装置。
在变桨距风机中还应包括桨距角控制环节。
能量转换过程是：风能→机械能→电能。
由文献[6]得，风力机轴上的输出机械功率为：()βλρπ,2132P w C v R P = （2-9） 式中，ρ——空气密度（3/m kg ）；R ——风机叶轮半径（m ）；λ——叶尖速比，定义为eqtur v R ωλ=，其中tur ω为风力机叶轮转速（s rad /），eq v 为等效风速（s m /）； β——桨距角（deg ）；P C ——风能利用系数，是叶尖速比λ和叶片桨距角β的函数；对于给定的风力机系统，P C 的表达式是一定的。
一种变桨距风力机的风能转化效率系数：()δβδβλ5.1254.011622.0,-⎪⎭⎫ ⎝⎛--=e C P1035.008.0113+-+=ββλδ（2-10） 风力机获得转矩为： tur ww P T ω= （2-11）定义()βλ,T C 为转矩系数，()()λβλβλ,,P T C C = （2-12）注： 由eqtur v R ωλ=推出 eq opttur v R λω= （2-13）① 对于给定的叶片桨距角β，不同的叶尖速比所对应的P C 值相差较大； ② 对于给定的β，有且仅有一个固定的opt λλ=能使P C 达到最大值； ③ 在风速不断变化的情况下,要保持opt λ、tur ω必须随着风速按照R opt λ的比例变化，才能保证风力机捕获的风能最大、效率最高。
这是采用变速风电机组代替固定转速风电机组的初衷之一。
图2-7 风机P C -λ特性曲线对于变桨距型风力发电机组，P C 特性可近似表示为：λβλf RC f P e RC C 255.02022.05.0-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--= （2-14）式中，f C 为叶片设计常数，一般取1~3。