风力机的MATLAB模型及其应用
Matlab在风力发电中的使用方法

Matlab在风力发电中的使用方法介绍随着全球对于可再生能源的需求日益增加,风力发电成为了一种受到广泛关注的清洁能源解决方案。
风力发电是指利用风能将其转化为电能的过程,其中涉及到大量的数据处理和分析。
在这个过程中,Matlab作为一种功能强大的数学计算软件,可以为风力发电提供各种支持。
本文将介绍Matlab在风力发电领域的使用方法及其应用。
1. 风速和风向分析风力发电的核心是风能的捕捉和利用,而风的主要特征则是风速和风向。
Matlab提供了各种用于风速和风向数据分析的函数和工具,可以帮助分析师了解不同地区的风能潜力和资源。
通过对不同地点的风速和风向数据进行统计和可视化分析,可以找到最佳的风电场选址和风机布局策略。
2. 功率曲线建模风力发电机的输出功率和风速之间存在一种非线性关系,通常通过功率曲线来描述。
Matlab提供了丰富的建模功能,可以根据实际测量数据拟合出风力机的功率曲线,并进行精确的功率预测。
这对于评估风力机的性能、优化风电场的运行以及进行风电场规划都非常重要。
3. 风电场配置优化在设计风力发电场时,需要考虑多个因素,包括风能资源、地形、土地利用等。
Matlab可以帮助进行风电场布局和配置的优化。
利用Matlab的优化工具箱,可以建立风电场的数学模型,定义目标函数和约束条件,并通过优化算法求解最优解。
这样可以最大限度地提高风电场的发电效率和经济性。
4. 故障诊断和维护在风力发电系统中,故障和维护是不可避免的。
Matlab可以通过对风力机的运行数据进行实时监测和分析,帮助诊断故障和提出维护建议。
通过建立模型和算法,可以预测设备的寿命和故障概率,提高维护效率和降低成本。
5. 能量存储和智能网格随着电力系统的智能化和可持续发展要求的提高,风力发电需要与能量存储和智能网格技术进行集成。
Matlab提供了各种用于能量存储和智能网格分析的工具和模型,可以帮助设计师优化风力发电系统与能量存储设备和智能网格的集成方案,以提高电力系统的可靠性和灵活性。
基于Matlab的风力发电机的模型研究

率
当发电机转速高于气隙磁场旋转速度时 ,作超
同步速运行 , f 2 < 0 .此时 ,一方面变频器向转子提供 反相序励磁 ,另一方面因 s < 0 ,p2 < 0 ,转子绕组向 变频器送入有功功率. 当发电机转速等于气隙磁场
旋转速度时 , f 2 = 0 ,变频器向转子提供直流励磁 ,此 时 ,s = 0 ,p2 = 0 ,变频器与转子绕组之间无功率交 换. 由此可见 ,发电机励磁频率的控制是实现变速恒
功率的独立解耦控制.
3 风力发电机的仿真
以电流和发电机转子 转速 为状 态量 ,联立 式 (3 ) 、式 (4 )和式 (5 )可以得出变速恒频双馈发电机的 状态方程 :
I = AI + BU
ωr
=
1 Tj
(
T
m
-
Te)
(9 )
其中 :
A
=
L
2 m
1 - LsL
!
r
1机械与电子22006 (8)
RsL r
收稿日期 :2006 03 14
1机械与电子22006 (8)
图 1 交流励磁双馈发电机
步电机 ,定子绕组并网 ,转子绕组外接滑差频率电源
实现交流励磁. 当发电机转子旋转频率 f r 变化时 , 控制励磁电流 f 2 来保证定子输出频率 f 1 恒定 ,也 就是与电网频率一致 , 实现风力发电机的变速恒频 控制 ,即
系间的转换关系 [3 ]可知 :
ids = I1 sinφ
iqs = I1 co sφ
(7 )
式中 I1
定子电流
φ 定子功率因素角
联立式 (3 )~式 (7 ) , 并且令 p = 0 ,即可得到转
永磁风力发电机matlab数学模型

永磁风力发电机MATLAB数学模型随着清洁能源的重要性日益凸显,风力发电作为一种可再生能源得到了广泛的关注和应用。
而永磁风力发电机作为风力发电系统的核心部件之一,其性能和精度对整个系统的运行稳定性和效率有着至关重要的影响。
为了更好地了解永磁风力发电机的性能特点和工作原理,以及设计优化控制策略,需要建立相应的数学模型以进行仿真分析。
MATLAB作为一种功能强大、灵活多样的数学建模工具,广泛应用于各个领域的科学计算与工程仿真中,因此可以用来建立永磁风力发电机的数学模型。
以下将从永磁风力发电机的基本工作原理、建模方法、MATLAB数学模型建立的步骤及应用方面展开论述。
一、永磁风力发电机的基本工作原理永磁风力发电机是利用风能转换为机械能,再通过发电机将机械能转换为电能的装置。
其基本工作原理是通过风轮叶片的受力转动,驱动发电机转子转动,进而产生感应电动势,最终输出电能。
永磁风力发电机的主要特点是采用永磁体产生磁场,没有励磁系统,因此具有结构简单、体积小、重量轻、效率高等优点。
二、永磁风力发电机的建模方法1. 基于物理原理的建模方法基于永磁风力发电机的物理原理和工作机理,可以建立多种数学模型,如电磁模型、机械模型、磁路模型等。
这些模型可以从不同角度描述永磁风力发电机的工作特性和性能指标,为系统设计和性能优化提供理论依据。
2. 基于磁路分析的建模方法磁路模型是永磁风力发电机建模的重要方法之一,通过对磁路的分析,可以揭示发电机的磁场分布、磁通密度、磁阻等重要参数,从而建立发电机的电磁特性模型。
3. 基于电气特性的建模方法永磁风力发电机作为一种电动机,其电气特性对于系统的动态响应和稳态工作具有重要影响,因此可以通过建立电气特性模型来描述其动态特性和控制特性。
三、MATLAB数学模型建立步骤1. 数据采集和处理首先需要通过实验或仿真获取永磁风力发电机的电气特性、机械特性和磁路特性等相关数据,然后对这些数据进行处理和分析,为建立数学模型提供基础。
基于MATLAB的风力发电系统设计

基于MATLAB的风力发电系统设计风力发电是一种利用风能将其转化为电力的可再生能源技术。
在风力发电系统设计中,MATLAB是一个非常有用的工具,可以用于建立模型、仿真和优化算法等。
在本文中,将介绍基于MATLAB的风力发电系统设计的一般流程,并重点讨论一些关键的设计步骤和注意事项。
风力发电系统设计的一般流程如下:1.风资源评估和选择合适的发电机:风力发电的第一步是评估目标地区的风资源,并选择合适的风力发电机。
MATLAB可以用于分析风速数据,预测风资源,并基于性能曲线选择合适的发电机。
2.发电机功率曲线建模:在设计风力发电系统时,需要建立发电机功率曲线模型。
MATLAB可以用于拟合风力发电机的性能数据,建立功率曲线模型,并用于后续的系统模拟和优化。
3. 风力发电系统建模:建立风力发电系统的模型是设计的关键一步。
MATLAB提供了丰富的工具和函数,可以用于建立风力发电系统的模型,包括风轮、变速传动系统、发电机、电力网等。
可以使用Simulink来建立系统的动态模型,并进行仿真分析。
4.控制系统设计:风力发电系统的控制系统设计对系统的性能和稳定性有着重要影响。
MATLAB可以用于设计和优化控制算法,包括风轮的速度控制和发电机的电力输出控制。
5.系统优化和性能评估:MATLAB提供了优化工具箱,可以用于系统参数的优化和性能评估。
可以通过调整系统参数,以提高发电量、降低成本、提高系统稳定性等指标。
在进行基于MATLAB的风力发电系统设计时1.数据准确性:风力发电系统设计的准确性和可靠性取决于输入数据的准确性。
因此,需要确保使用的风速数据和发电机性能数据是准确可靠的。
2.模型验证:在设计系统模型和控制算法之前,需要对模型进行验证。
可以使用现场实验数据与模型仿真结果进行对比,验证模型的准确性。
3.多学科交叉:风力发电系统设计涉及多个学科领域,包括机械、电气、控制等。
需要与相关专业人员进行合作,并充分考虑系统的多学科交叉问题。
MATLAB在风力发电技术中的应用仿真(共33张)

图9-2 基于普通(pǔtōng)感应发电机的定速风电机组
第4页,共33页。
0.5 0.4 0.3
C p 0.2
0.1
0o
10o
2.5o
5o
0.0
-0.1 0
25o
2
4
6
15o
8 10 12 14 16
图9-3 关系(guān xì)曲线
第5页,共33页。
wi n d tu rb i n e 1
Vdc
Vdc (V)
wr
Speed (pu)
pitch pitch angle (deg)
图9-12
wi n d tu rb i n e 2
Trip
Wi n d T urbi ne Pro te cti o n
Trip Time
0
[T ri p_WT ]
0
Phasors pow ergui
第25页,共33页。
信号 1~3 4~6 7~8 9~11
表9-2 双馈变速风电机组输出(shūchū)信号
信号名称 Iabc(cmplx) (pu) Vabc(cmplx)(pu) Vdq_stator(pu) Iabc_stator (cmplx)(pu)
信号定义
以发电机额定电压为基准 值的流入风电机组端口电流 相量
A
A
B
B
C
C
Line1
A B C Three-Phase Fault
<wr (pu)> <P (pu)> <Q (pu)>
|u| <Vabc (cmplx) (pu)>
y From Workspace
MATLAB在风电设备设计中的应用

轮正后方 的风速 , / ; ~相对 风 速 , / ; 一功 率 , ; ms m sP 肘一转
矩 , ・ 卜 轴 向推力 , 一风论 半径 , 叶片沿展 向不 N m; Ⅳ; m; 同位置距风轮 中心 的距 离 , Ⅳ 一风轮 叶片数 ;一计算 过 程 中 m; _ n 将叶片划 分的截 面数 ; c ~升力 系数 ; 。 C 一阻力 系数 ; 船一 雷诺
12 MA L B 叶片优 化设 计 的计 算程序 设计 . T A
基 于 Wisn方法 的叶 片优化设计方 法的计算 步骤如下 : lo l ( )将风 轮叶片沿 展向平均分成若干等份 ; 1
( )针对 每一 个叶素 , 2 结合式 ( ) 式 ( ) 求解 以式 ( ) 5、 6; 1 为 目标 函数 、 以式 ( ) 2 为条件 函数 的最优化 问题 , 出每一 截面 的 得
名为 A A R ) O ( e 。括号 中的参 数 R e是形 式参数 , 接受任何 从 它 主 函数传递来的实际参数 , 进行 运算后 返 回给主 函数 一个攻 角 值 。该子程序具有较强 的通用性 , 只要有足够的原始翼型数据 ,
就可 以通过调用该子程序求 取任 何工况 下 , 叶片各 截面 的最佳
Ab t a t sr c B s d o i s n b a eo t m e in a p o c ae nW l o ld pi l mu d sg p r a h,t e p p rp o o e i d p w ree t c lg n r t rb a e o t m e in h a e r p s s a w n o e lcr a e e ao l d p i i mu d sg
叶 片 不 同 截 面 处 的速 比 。
基于matlab的风力发电机组的建模与仿真
实验一:风力发电机组的建模与仿真姓名:学号:一、实验目标:1.能够对风力发电机组的系统结构有深入的了解。
2.能熟练的利用MATLAB软件进行模块的搭建以及仿真。
3.对仿真结果进行研究并找出最优控制策略。
二、实验类容:对风速模型、风力机模型、传动模型和发电机模型建模,并研究各自控制方法及控制策略;如对风力发电基本系统,包括风速、风轮、传动系统、各种发电机的数学模型进行全面分析,探索风力发电系统各个部风最通用的模型、包括了可供电网分析的各系统的简单数学模型,对各个数学模型,应用MATLAB 软件进行了仿真。
三、实验原理: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,下文将从以上几方面进行研究。
1、风速的设计自然风是风力发电系统能量的来源,其在流动过程中,速度和方向是不断变化的,具有很强的随机性和突变性。
本文不考虑风向问题,仅从其变化特点出发,着重描述其随机性和间歇性,认为其时空模型由以下四种成分构成:基本风速 V b、阵风风速V g、渐变风速V r和噪声风速V n。
即模拟风速的模型为:V= V b+ V +V r+V n(1-1)g(1).基本风V b =8m/sStep Scope基本风仿真模块( 2)阵风风速0t t 1gVg v cos t1 g t t1 g T g(1-2)0t t1g T g式中:Gmax1 cos 2tt1g(1-3)vcos()2T g T gt 为时间,单位 s ; T 为阵风的周期,单位s ;v cos , V g 为阵风风速,单位 m /s ; t 1g为阵风开始时间,单位s ; G max 为阵风的最大值,单位m/s 。
ANDStepLogicalOperatorStep1Scope1f(u)ClockProductFcn3Constant本例中,阵风开始时间为 3 秒,阵风终止时间为 9 秒,阵风周期为 6 秒,阵风最大值为 6m/s 。
使用MATLAB进行风力发电和太阳能利用分析
使用MATLAB进行风力发电和太阳能利用分析近年来,随着能源需求的不断增长和全球环保意识的提高,风力发电和太阳能利用逐渐成为人们关注的焦点。
借助先进的计算工具,如MATLAB,我们可以对这两种可再生能源进行全面的分析和优化,以实现更高效、可持续的能源利用。
1. 风力发电分析风力发电是一种通过利用风的能量转化为电力的技术。
通过MATLAB的计算和模拟工具,我们可以分析风力发电系统的性能、效率和可行性,用以指导工程设计和运营。
首先,我们可以利用MATLAB对风速和风能资源进行建模和分析。
通过历史气象数据和风速传感器的收集,我们可以获取到特定区域的风速分布,并利用MATLAB的统计工具进行数据处理和建模。
通过这些模型,我们可以预测不同时间和地点的风能资源,并评估风力发电系统的可行性。
其次,我们可以利用MATLAB进行风力涡轮机的设计和优化。
风力涡轮机是风力发电系统的核心部件,它将风能转化为机械能,然后通过发电机转化为电能。
通过MATLAB的优化工具,我们可以在考虑各种约束条件和性能指标的情况下,自动化地设计出效率更高、更可靠的风力涡轮机。
最后,我们可以利用MATLAB对风力发电系统的效率和运营进行仿真和分析。
在不同的运营条件和参数设置下,我们可以利用MATLAB建立系统级的模型,并通过模拟分析和优化,寻找最佳的运营策略和参数配置,以提高风力发电系统的整体性能和经济效益。
2. 太阳能利用分析太阳能是另一种重要的可再生能源。
利用光伏技术,太阳能可以转化为电能,为人们提供绿色的、可持续的能源供应。
借助MATLAB的强大功能,我们可以对太阳能利用进行全面的分析和优化。
首先,我们可以利用MATLAB对太阳能资源进行评估和预测。
通过太阳辐射数据和气象信息,我们可以利用MATLAB进行计算和建模,得到不同时间和地点的太阳辐射强度和分布情况。
这些数据可以帮助我们确定适合光伏发电的地点和设计光伏发电系统的规模。
其次,我们可以利用MATLAB进行光伏系统的建模和仿真。
基于matlab风力发电系统的建模与仿真设计
基于matlab风力发电系统的建模与仿真设计一、介绍在当今世界上,可再生能源已经成为人们关注的焦点之一。
其中,风力发电作为一种清洁能源方式,被广泛应用并受到了越来越多的关注。
针对风力发电系统的建模与仿真设计,基于Matlab评台的应用是一种常见的方法。
本文将深入探讨基于Matlab的风力发电系统建模与仿真设计,旨在帮助读者全面理解这一主题。
二、风力发电系统的基本原理风力发电系统是将风能转化为电能的设备。
其基本原理是通过风力驱动风轮转动,通过风轮与发电机之间的转动装置,将机械能转化为电能。
风力发电系统包括风力发电机组、变流器、电网连接等部分。
在设计和优化风力发电系统时,建模与仿真是非常重要的工具。
三、Matlab在风力发电系统建模中的应用Matlab是一种功能强大的数学建模软件,广泛应用于工程、科学和数学领域。
在风力发电系统的建模与仿真设计中,Matlab可以用于模拟风速、风向、风机性能、电网连接等多个方面。
通过Matlab工具箱,可以实现对风力发电系统各个环节的建模和仿真分析。
四、基于Matlab的风力发电系统建模与仿真设计在实际建模中,需要进行风速、风向、风机特性、变流器控制策略等多方面的建模工作。
通过Matlab,可以建立风力机的数学模型,进行风能的模拟,并结合电网连接及功率控制策略进行仿真设计。
通过建模和仿真,可以分析系统在不同工况下的性能表现,指导系统设计和运行。
五、对风力发电系统建模与仿真设计的个人观点和理解在我看来,基于Matlab的风力发电系统建模与仿真设计是一种高效且可靠的方法。
通过Matlab评台,可以更好地对风力发电系统进行综合性的分析和设计。
Matlab提供了丰富的工具箱,能够支持复杂系统的建模和仿真工作。
我认为Matlab在风力发电系统建模与仿真设计上具有很高的应用价值。
六、总结通过本文的阐述,我们全面深入地探讨了基于Matlab的风力发电系统建模与仿真设计。
从风力发电系统的基本原理开始,介绍了Matlab 在该领域的应用,并着重强调了建模与仿真的重要性。
基于Matlab的离网型风力发电系统建模与仿真
基于Matlab的离网型风力发电系统建模与仿真王美;温彩凤【摘要】With the increasing demand of green energy, more and more attentions have been paid on the development and applications of household wind power generation system. In this paper, the model of off-grid household wind power generation system was established under the Matlab/ simulink environment. And the authors have developed the wind power generation system through analyzing the wind speed and various parts of the system. Simulation results show that the system with lead-acid battery could run stably under various wind speed, and the voltage and current waveforms of load can meet the requirements of customers.%随着对绿色能源的需求,农村户用小型风力发电系统的开发与应用越来越被重视.该文在Matlab/simulink环境下建立了离网小型风力发电系统仿真模型,模型通过对风速和系统各部分进行理论分析,实现整体模型的搭建.仿真结果表明,在铅酸蓄电池作用下,系统能在变化风速下持续稳定运行,负载端电压符合用户要求.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2012(038)006【总页数】5页(P91-95)【关键词】离网;小型风电;Matlab/simulink;建模;仿真【作者】王美;温彩凤【作者单位】呼和浩特职业学院,内蒙古呼和浩特010051;呼和浩特职业学院,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学能源与动力工程学院,内蒙古呼和浩特010051【正文语种】中文【中图分类】TK83;TM614;TP391.9;TP311.520 引言离网小型风力发电是20世纪80年代兴起的一项新能源技术,它以经济、方便、实用的特点成为风电技术的一个重要方向[1]。
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2004年第19卷第2期 电 力 学 报 Vol.19No.22004 (总第67期) JOURNAL OF ELECT RIC POWER (Sum.67)
文章编号: 1005-6548(2004)02-0114-02
风力机的M AT LAB模型及其应用
张小芳1, 王爱龙1, 田俊梅1
(1 太原理工大学,山西太原 030024)
The MATLAB Model of Wind Turbine and Its Application
ZHANG Xiao fang1, WANG Ai long1, T IAN Jun mei1
(1 Taiy uan U niversity of Technology,Taiyuan 030024,China)
摘 要: 提出了一种简化的定桨距风力机的M ATLAB模型。
该模型对于风电场的建设与规划,对于风力发电机组的运行仿真和设计都具有重要的意义。
关键词: 定桨距风力机;风电场;风力发电机组
中图分类号: TK83 文献标识码: A Abstract: A simple MAT LAB model for w ind tur bine is presented in this paper.The model is suitable to the planning of a w ind generator farm and to the designing of the w ind turbine generator system.
Key W ords: wind turbine;w ind generator farm; w ind generator system
引言
我国的风能资源丰富,作为可再生能源中最为经济的 绿色能源,风力发电越来越受到重视。
目前,风电中采用最多的仍是并网型定桨距恒速恒频异步发电系统,其主要组成部分包括:风轮、变速箱、发电机、控制器、电容器组。
进行各种运行状态下风力发电机组的动态仿真,对其运行和设计具有重要意义。
MATLAB/Simulink仿真软件具有强大的功能,其中Simulink模块化的结构有助于将复杂的风电系统分解为各个简单的基本 物理模块,适宜用来分析风力发电机组的各种运行状态。
目前有关用MATAB/Simulink模块对风力机进行建模和仿真的资料很少,本文的风力机模型可作为其中的一个模块。
实际发电时,因异步机并网发电时滑差s<0且接近0,简化分析可取s=0时的同步转速 s作为风力机带负载运行的固定频率点( 1= s/k),即风力机实际运行在固定的 1下。
选择不同的 1全年发电量是不同的,风能利用仿真就是要在确定的风力资源统计规律和确定的风力机特性基础上,选择 1(工作点)使全年风力机提供的能量最大。
进而得出升速箱的最优变比,并选择升速箱。
1 风力机模型的建立
根据以下风力机计算公式[1],构建MATLAB 风力机特性仿真模块。
=R /v。
(1)式中: 为叶尖速比;v为上游风速m/s; 为风机角速度rad/s;R为叶轮半径m。
T=1
2
!C( )v2R3。
(2)式中:T为风轮转矩;为空气密度kg/m3;转矩系数的拟合函数采用C( )=∀0+
6
i=1
∀i i,其中各待定系数∀0,∀1!∀i根据风力机特性来给定。
将式(1)、(2)用MATLAB的模块来实现,得图1的风机仿真模块,图2为仿真模块给出的某风力
收稿日期: 2004-03-05
作者简介: 张小芳(1979-),女,山西运城人,太原理工大学硕士研究生,从事风力发电机的研究;
王爱龙(1980-),男,山西太原人,太原理工大学副教授,从事风力发电机的研究;
田俊梅(1980-),女,山西太原人,太原理工大学在读研究生,从事风力发电机的研究。
机的转矩与功率特性曲线:T ( ,v )和P( ,v )。
图1 风力机的仿真模块
(a)转矩曲线 (b)功率曲线
图2 风力机转矩与功率曲线
2 应用
将图1封装之后加上相应的风速曲线、空气密度、风机角速度之后如图3
所示。
图3 风力机加输入后的仿真模块
某风场10m 与40m 高处的全年统计风速曲线如图4所示,统计温度曲线如图5所示。
当地海拔高度2000m,当t =15∀时, 1=1.07kg/m 3。
(a)10m 高处风速曲线 (b)40m 高处风速曲线
图4 某风场风力资源规律曲线
利用公式: p 1/( 1T 1)=p 2/( 2T 2)。
式中:p 为压强Pa;T =t +273为气体的热力学温度K; 为空气密度kg/m 3。
将风速、温度曲线由图3中相应的输入模块输入风力机,可以得出风力机的
发电量与转速的关系如图6所示。
图5
温度随时间变化的情况
图6 风力机全年发电量与转速的关系
由图6可知,在10m 高处转速应选 1与 3之间的1个数 1,应选变比为k 1= s / 1的升速箱。
40m 高处转速应选 2与 4之间的1个数 2,所以
应选变比为k 2= s / 2的升速箱。
这样才能使风力机的年发电量最大。
风力机模块还可以跟变速箱模块、发电机模块、控制器模块配合共同构成风力发电机系统,用于风力发电机组的仿真计算。
3 结论
本文提出了1种简化的定桨距风力机的MAT LAB 模型。
该模型对风电场的建设与规划,对风力发电机组的运行仿真和设计都具有重要的意义。
参考文献:
[1] 叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M ].北京:机械工业
出版社,2002.
[2] 张鹏举.内蒙古辉腾锡勒风电场风能资源评价[J].电力
勘测,2000(3).
[3] 孙 亮.M A T LAB 语言与控制系统仿真[M ].北京:北
京工业大学出版社,2001.
[责任编辑:王 琨]
115第2期 张小芳等:风力机的MATLAB 模型及其应用。