第9章_MATLAB在风力发电技术中的应用仿真汇总
风力机的MATLAB模型及其应用
The MATLAB Model of Wind Turbine and Its Appl ication
ZHAN G Xiao2fang1 , WAN G Ai2long1 , TIAN J un2mei1
(11 Taiyuan U niversity of Technology , Taiyuan 030024 ,China)
实际发电时因异步机并网发电时滑差且接近0简化分析可取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工作点使全年风力机提供的能量最大
2004 年 第 19 卷 第 2 期 电 力 学 报 Vol. 19 No. 2 2004
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 。
第 2 期 张小芳等 :风力机的 MA TLAB 模型及其应用 1 15 机的转矩与功率特性曲线 : T (ω, v) 和 P (ω, v) 。
由图 6 可知 ,在 10 m 高处转速应选 ω1 与 ω3 之 间的 1 个数 ω1 ,应选变比为 k1 = ωs/ ω1 的升速箱 。 40 m 高处转速应选 ω2 与ω4 之间的 1 个数 ω2 ,所以 应选变比为 k2 = ωs/ ω2 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 。
利用公式 : p1/ (ρ1 T1) = p2/ (ρ2 T2) 。 式中 : p 为压强 Pa ; T = t + 273 为气体的热力学温 度 K; ρ为空气密度 kg/ m3 。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
基于MATLAB的定速风电机组仿真
仿真结果分析
有功功率变化曲线
仿真结果分析
无功功率变化曲线
仿真结果分析
出口电压变化曲线
仿真结果分析
从运行结果可以看出，故障切除回复正常运行后，风电场 的有功功率和电压的恢复较快，在低电压期间，风电场吸 收的无功功率大幅度增加。
仿真结果分析
三相断线故障 在MATLAB运行到 3s 时，风电场与电网之间连接的馈电线路中的 发生三相的断线故障。从MATLAB的仿真结果可以看出来，该风力 发电机组在联络线发生断线故障后，有功功率的输出迅速减为0。
阵风变化曲线
有功功率变化曲线
无功功率变化曲线
端口电压变化曲线
仿真结果分析
（3）组合风 假设基本风风速为 9m/s；渐变风、阵风的条件分别与（1） （2）相同，随机风平均值为0，仿真运行到10s。
仿真结果分析
风电场出口短路故障运行情况 在MATLAB仿真运行的过程中，风速基本维持 9m/s不变，当仿真运行到2s时，风电场与电网连接 处附近发生三相短路故障，经过4s左右时间，开关 动作，故障被切除。
基于MATLAB的定速风电机 组仿真
答辩人 ： xxx 指导教师：xxx 2014年6月12日
研究内容
本文主要研究了恒速恒频风力发电系统，对恒速恒频风力发电系统做了简 要的介绍，并在恒速恒频风力发电并网方面做了一些研究，主要为恒速恒频风 力发电机在不同风速时，对输出有功、无功并网电压的影响，以及当电网故障 时，对恒速恒频风力发电机的输出特性。本文也用MATLAB/Simulink软件对上述 的各种状况进行了仿真，对分析了其结果
Asynchronous Machine
恒速恒频风力发电系统并网运行仿真
A N B C
A B C
电力电子matlab风力发电仿真Wind Farm实验报告
电力电子技术仿真实验报告学校：四川大学学院：电气信息学院专业：电气工程及其自动化年级：2011级班级：电力109班实验内容：9MW DFIG风电场MATLAB仿真实验小组成员：杜泽旭：1143031345罗恒：1143031346何强：1143031347蒋红亮：1143031153陈中俊：1143031272一、仿真平台本次实验的仿真平台是MATLAB软件。
MATLAB软件是由美国mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
本次实验所用的MATLAB软件版本为MATLAB7.11.0(R2010b)。
二、仿真模型在本次试验中我们所用是MATLAB中的自带的示例中的Sim Power system 中的由风力涡轮机驱动使用双馈异步式风力发电机发电的9MW风力发电系统，这是一个已经搭建好的模块我们只需用在以上基础做一定的参数设定就可以得到我们所想要的仿真模型。
操作步骤如下所示：仿真模型原理图三、实验要求1）系统自带的仿真模块中，说明系统运行工况和风机运行情况（电压、电流、转速等）；2）修改仿真模型，将系统电压改为风机输出670V，升压至35kV，经30km线路输送后并入110kV电网。
要求110kV电网的短路容量为3000MV A。
然后说明系统运行工况和风机运行情况（电压、电流、转速等），并与1）对比；3）修改风速至12m/s，运行仿真并观察结果。
四、实验内容1、系统总体结构图2、系统模型图系统模型图3、模拟电网参数120kV模拟电网参数如下图所示，可知该模块模拟电网在0.03s时发生电压降落，在0.13s时电网恢复电压。
应用Matlab对风电系统的动稳仿真
通用低压电器篇童 菲(1986!),女,助理工程师,研究方向为电子信息与数据处理。
应用M atlab 对风电系统的动稳仿真童 菲1, 晁 勤2, 曹 慧2(1.西安理工大学自动化学院,陕西西安 710048;2.新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐 830008)摘 要:针对新疆布尔津风电网络,进行了动态稳定性仿真。
利用M atlab 建立了含励磁和调频系统的同步发电机及随风速变化的异步发电机系统的仿真模块,仿真风电网的5种情况,分析了同步发电机功角特性曲线和定子电压波动曲线。
仿真分析结果表明,风电容量占系统总容量比例不能超过15%,否则,风电系统稳定性将被破坏。
关键词:风电系统;动态仿真;稳定性中图分类号:TM 743 文献标识码:A 文章编号:1001 5531(2007)19 0006 03Si m ulation of Dyna m ic Stability for W i nd Po w er Syste m by M atlabTONG F ei 1, C HAO Qin 2, CAO H ui2(1.Schoo l o fAuto m a ti o n ,X i ∀an Un i v ersity of Techno l o gy ,X i ∀an 710048,Ch i n a ;2.Schoo l o f E lectrical Eng i n eering ,X i n jiang U niversity ,U r um ch i 830008,Ch i n a)Abstract :A i m i ng at the w i nd po w er net w ork o f X i njiang Bue rji n ,the dynam i c stab ility si m ulati on w as done .The si m ulati on m odule o f synchronous generator w hich conta i ns exc itati on and frequency regulati on syste m and asyn chronous generator sy stem w hich changes w ith the speed variati on of w i nd w as constituted by M a tlab .F ive cases o f w i nd powe r net w ork w ere si m ulated .T he pow er ang l e curve o f synchronous generato r and dynam ic curve of sta tor voltage w ere analysed .The result o f si m u l a ti on and ana l ys i s s how s that the proporti on o f w i nd pow er capacity i n the to tal system can t 'exceed 15%,o therw ise ,the stab ility o f w i nd powe r system w ill be destroyed .K ey words :w i nd power syste m;dyna m ic si m u l ation ;stab ility晁 勤(1959!),女,教授,博士,研究方向为并网型风力发电系统。
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。
MATLAB在风电设备设计中的应用
气动性能计算及其基本方案
风轮性能计算主要包含： 功率、 转矩、 轴向推力及对应的风
能利用系数、 转矩系数、 推力系数。 在考虑叶梢损失系数 F 的 情况下， 风轮半径 r 处叶素上的轴向推力、 转矩、 功率为：
{
dT = m（ V1 － V2 ） = 4 πρrV2 1 （ 1 － a） adr dM = mr2 ω = 4 πρr3 V1 Ω（ 1 － a） bdr dP = Ω·dM = 4 πρV1 Ω （ 1 － a） br dr
185
针对某一指定的运行状态 λ o ， 对于每一给定的 r 或 λ 值， 可 b， 计算步骤如下： 以用迭代法计算 a、 （ 1 ） 赋给 a 和 b 一个初始值； （ 2 ） 由式（ 9 ） 和式（ 10 ） 计算 和 F； CY ； （ 3 ） 由式（ 12 ） 和式（ 13 ） 计算 C X 、 （ 4 ） 由式（ 14 ） 和式（ 15 ） 计算 a、 b； （ 5 ） 回到第（ 2 ） 步重新迭代。 b 及梢部损失系数 当以上迭代收敛， 各截面的干扰因子 a、 F 就可求得。再利用式（ 7 ） 计算功率、 转矩、 轴向推力， 完成风轮 的性能计算。
给出了程序框图。将所开发程序应用于机械工程， 获得了良好的效果。 设计计算和性能计算的程序， 关键词 中图分类号 MATLAB TP317 优化设计 风力机 A
文献标识码
APPLYING MATLAB IN WIND POWER DEVICE DESIGN
Liu Yang1
1 2
Jia Bin2
（ School of Computer and Information Engineering， Inner Mongolia Normal University， Huhhot 010022 ， Inner Mongolia， China） （ Inner Mongolia Electric Power Scientific Research Institute Communication Office， Huhhot 010020 ， Inner Mongolia， China）
基于Matlab的小型风力发电系统仿真分析
基于Matlab的小型风力发电系统仿真分析设计研发 Research & Design基于Ｍａｔｌａｂ的小型风力发电系统仿真分析在分析目前小型风力发电系统缺陷的基础上，建立了包括不可控桥式整流器和 Buck 变换器的系统 Matlab 仿真模型，计算得到了包括斩波器的特性、发电机在不同风速下的功率输出以及发电机输出功率和转速的对比仿真结果。
■ 孟繁超宋晓美 / 华北电力大学机械工程系风力发电是技术较成熟、产业发展较快、成本相对较低的可再生能源利用方式。
具有很大１系统结构１．１工作原理本文设计的１ｋＷ独立运行小型风电系统的结构采用直－交－直的框架结构，如图１所示，主要组成部分包括风力机、三相交流永磁同步发电机（ＰＭＳＧ）、三相二极管整流器、ＤＣ／ＤＣ变换器、蓄电池、逆变器以及控制系统，系统各个部分互相关联、协调运行，构成一个智能的交流发电机系统。
风力机驱动永磁同步发电机发电，所发出的电经整流后给蓄电池充电，而逆变器将蓄电池或斩波器输出的直流电变换成交流电供交流负载使用。
Ｂｕｃｋ变换器用来改变风力发电机的负载特性，调节发电机输出功率和控制蓄电池充放电。
耗能负载用来保护风力发电机组。
１．２系统结构特点（１）Ｂｕｃｋ变换器的优点ＤＣ／ＤＣ变换器采用Ｂｕｃｋ变换器，相比于其他种类的变换器具有以下优点：１）电路简单，方便调整，可靠性大大提高。
２）对功率管及其续流二极管的耐压要求降低，只要求大于或等于最高输入电源电压即可。
３）储能电感在功率管导通时储存能量，断开时由储的发展潜力。
但风力发电受环境的影响很大，大风、小风、甚至无风，会使发电机输出特性发生很大的变化，其产生的电能很难满足负载恒定电压的要求。
传统的小型风力发电系统采用的直接发电一充电情况，没有对风电转换进行控制，使风力机没有工作在最佳叶尖速比，风能利用效率低。
大多数风机在采用最大功率点跟踪方法时，都需要知道风机最大功率曲线和风速，或者通过调整风机转速达到最大功率点跟踪的目的。
基于MATLAB的风力发电系统仿真研究
基于MATLAB的风力发电系统仿真研究电气工程及其自动化07101班学生姓名：赵爽指导教师：薛继汉教授冯月春助教摘要：本文介绍了风力发电机组的结构组成及原理，并建立了风力发电系统风速的数学模型、传动系统模型、发电机的数学模型, 并用MATLAB软件对风速模型进行了仿真, 结果证明了这些模型的正确性和有效性,说明了风力发电系统的仿真在对风力发电系统分析中的重要作用。
关键词：风力发电;MATLAB仿真; 动态模型; 风力发电机组绪论近几年来，风力发电机组单机容量和风电场建设规模都日益扩大，成为电网电源中的重要组成部分。
风力的随机性和间歇性以及机组运行时的对无功的需求都会影响电力系统稳定运行。
所以，在风电场建设前，需要论证分析风电场接入电网的可行性和确定允许接入的容量水平。
作为分析的基础，需要建立正确的风电机组和风电场的数学模型。
另外，针对新型风力发电机组，也需要根据其特性建立适当的数学模型，并应用于电力系统中，分析它的运行结果。
因此，关于风力发电的课题研究是非常有必要的，对我国的能源结构调整将起到重要的推动作用。
1风力发电机结构组成原理风力发电机组通常亦被称为风能转换系统。
典型的并网型风力发电机组主要包括起支撑作用的塔架、风能的吸收和转换装置—风轮机（叶片、轮毂及其控制器）、起连接作用的传动机构—传动轴、齿轮箱、能量转换装置—发电机及其它风机运行控制系统—偏航系统和制动系统等。
风力发电过程是：自然风吹转叶轮，带动轮毂转动，将风能转变为机械能，然后通过传动机构将机械能送至发电机转子，带动着转子旋转发电，实现由机械能向电能的转换，最后风电场将电能通过区域变电站注入电网。
其能量转换过程是：风能→机械能→电能。
2 风力发电系统对并网运行的影响风力发电机并网过程对电网的冲击影响异步电机作为发电机运行时，没有独立的励磁装置，并网前发电机本身没有电压，因此并网时必然伴随一个过渡过程。
异步发电机并网时的冲击电流的大小，与并网时网络电压的大小、发电机的暂态电抗以及并网时的滑差有关。
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A
bB
B
cC
B575
C
m <wr (pu)>
<Pitch_angle (deg)>
(575 V)
Wind Turbine
Doubly-Fed Induction Generator
Load
(Phasor Type)
500 kW 6 x 1.5 MW
Vdc wr p i tch
Vabc_B120
Vabc_B120 (pu)
Data acquisition
图9-5
图9-6 风力机数据参数对话框
图9-7 发电机数据参数对话框
信号 1 2 3
4
表9-1 定速风电机组的内部信号
信号名称 Vabc(cmplx)(pu) Iabc(cmplx) (pu) P (pu)
Q (pu)
信号定义
以发电机额定电压为基准 值的定速风电机组出口电压 相量（相电压）
A B C Three-Phase Source
A
a
B
b
C
c
220kV/35kV
Phasors pow ergui
[m_wt]
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
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 关系曲线
9.1.2 定速风电机组的模型仿真
1.定速风电机组模块简介及参数设置 2.风速波动时风电机组输出特性仿真 3.电网故障时风电机组输出特性仿真
B25 (25 kV)
3.3ohms
A
A
B
B
C
C
10 km line
A B C
Plant 2 MVA
y
From Workspace
[T ri p_WT ]
wi n d
WWinndd((mm/s/s)) Trriipp
<Vdc (V)>
A
a
B
b
C
c
35 kV/ 575 V 6*2 MVA
A B C
aA
第9章 MATLAB在风力发电技术中的 应用仿真
9.1 定速风电机组的仿真实例 9.2 双馈变速风电机组的仿真实例
图9-1 风电机组通用动态模型框图
9.1 定速风电机组的仿真实例
9.1.1 定速风电机组的工作原理 9.1.2 定速风电机组的模型仿真
图9-2 基于普通感应发电机的定速风电机组
0.5 0.4 0.3
Tm (pu)
Pitch angle (deg)
Wind speed (m/s)
Wind Turbine
Wi n d _ On
[wr]
[p i tch ] PI
1
Rate Limiter
Wind (m/s)
Pmec/Pnom
Tm
A m
B
C
Asynchronous Machine
Trip Breaker2
A
N
B
C
220 kV
A
A
B
B
C
C
2500 MVA X0/X1=3
aA
A
a
bB
B
b
cC
C
c
B120 220 kV/35 kV (120 kV) 47 MVA
a
A
bபைடு நூலகம்
B C
c
N
Gro u n d i n g T ransform er X0=4.7 Ohms
A
A
B
B
C
C
20 km line
aA bB cC
[m_wt] Goto
图9-4
[Tm]
1
Vabc A
[Vabc_B1]
A
Iabc
[Iabc_B1]
com
a
2
aB
B
b
A b
B
3
cC
C
c
C B1
Trip Breaker1
NOT
2
[S] Q
Convert
T ri p
Co n ve rsi o n
R !Q
com a
A B
A B
b
C
Cc
Generator speed (pu)
9.2.1 基于双馈感应发电机的变速风电机组的工作原理 9.2.2 双馈变速风电机组的模型仿真
图9-11 装有部分负载变频器的双馈变速风电机组
9.2.2 双馈变速风电机组的模型仿真
1.双馈变速风电机组模块简介及参数设置 2.风速波动时风电机组输出特性仿真 3.电网故障时风电机组输出特性仿真
A B C Fa u l t
以发电机额定电压为基准 值的流入定速风电机组端口 电流相量
以发电机额定容量作为基 准值的定速风电机组输出的 有功功率正值表示机组产生 有功功率
以发电机额定容量作为基 准值的定速风电机组输出的 无功功率正值表示机组产生 无功功率
表9-1 定速风电机组的内部信号
5
wr (pu)
发电机转子转速
6
Tm (pu)
Vabc_B25
Vabc_B25 (pu)
Vabc_B575
Vabc_B575 (pu)
P_B25
P_B25 (MW)
Q_B25
Q_B25 (Mv ar)
V1_Plant V_Plant 2.3kV pos. seq. (pu)
I1_Plant I Plant pos. seq. (pu/2 MVA)
Motor_Speed Motor Speed (pu)
Gri d Data acquisition
Gri d
V1_B575 I1_B575
wi n d Wind speed (m/s)
Pos. seq. V1_B575 (pu) Pos. seq. I1_B575 (pu)
P_mean Generated P(MW)
施加于发电机上的机械转
矩，它是以发电机额定容量
作为基准值的标幺值
7
Te (pu)
以发电机额定容量作为基
准值的电磁转矩
8
Pitch_angle(deg)
桨距角
图9-8 From Workshop参数设置对话框
图9-9 风速波动时风电机组的输出特性
图9-10 电网故障时风电机组的输出特性
9.2 双馈变速风电机组的仿真实例
0 Constant
A
a
B
b
C
c
25 kV/ 575 V 12 MVA
Aa
Bb
Cc
B575_1 (575 V)
P <------
Q ------>
Scope
Wwiinnd ((mm//ss))
Ttrriipp
A
m
B
C
Wind Turbine Induction Generator
(Phasor Type)
<Rotor speed (wm)> <Electromagnetic torque Te (pu)>
[Vabc_B1] [Iabc_B1]
Vabc_B1 Iabc_B1
[wr] [Te]
Pmes
[wr]
wr
Pnom/1000
[Tm] [Te] [p i tch ]
Tm
Te
m
1
m
Pitch_angle (deg)