风力发电机组的风况仿真模拟系统
dSPACE实时仿真系统及其在风力发电系统中的应用
Electr. Eng. & Power Convers. LAB
24 / 58
采用dSPACE进行控制系统设计开发
dSPACE V-Cycle 产品开发流程
TargetLink 从MATLAB/Simulink生成定点代码 可靠性、效率、可读性能与手工代 码媲美 对于不同的控制器与编译器可选择 不同的优化方法 自动定标 （scaling）
Electr. Eng. & Power Convers. LAB
Page 7
dSPACE实时仿真系统
dSPACE 硬件体系
单板系统
• CPU与外围I/O集成 • DS1103及DS1104处理器板
组件系统
• 处理器板 • I/O板
• 多处理器系统
其他
• 扩展箱
• 单主机多系统的连接板
Electr. Eng. & Power Convers. LAB 5 / 58
dSPACE实时仿真系统
dSPACE实时仿真系统
dSPACE(digital Signal Processing And Control Engineering)实时 仿真系统是德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink 的控制系统在实时环境下的开发及测试工作平台，实现了和 Simulink的无缝连接。
• 连接器和LED板
Electr. Eng. & Power Convers. LAB 8 / 58
dSPACE实时仿真系统
dSPACE 硬件产品——单板系统DS1103
通过单一板实施快速控制原型设计 填补 DS1102 和标准组件系统之间的空白 支持高性能处理器 PowerPC PPC604e 内臵综合 I/O 功能
风力发电机运行仿真
基于MATLAB的“风力发电机运行仿真”软件设计摘要关键词1前言1.1 建模仿真的发展现状20世纪50-60年代，自动控制领域普遍采用计算机模拟方法研究控制系统动态过程和性能。
“计算机模拟”实质上是数学模型在计算机上的解算运行，当时的计算机是模拟计算机，后来发展为数字计算机。
1961年G.W.Morgenthler 首次对仿真一词作了技术性的解释，认为“仿真”是指在实际系统尚不存在的情况下，对于系统或活动本质的复现。
目前，比较流行于工程技术界的技术定义是系统仿真是通过对系统模型的实验，研究一个存在的或设计中的系统。
仿真的三要素之间的关系可用三个基本活动来描述。
如图1图1系统仿真三要素之间的关系20世纪50年代初连续系统仿真在模拟计算机上进行，50年代中出现数字仿真技术，从此计算机仿真技术沿着模拟仿真和数字仿真两个方面发展。
60年代初出现了混和模拟计算机，增加了模拟仿真的逻辑控制功能，解决了偏微分方程、差分方程、随机过程的仿真问题。
从60-70代发展了面向仿真问题的仿真语言。
20世纪80年代末到90年代初，以计算机技术、通讯技术、智能技术等为代表的信息技术的迅猛发展，给计算机仿真技术在可视仿真基础上的进一步发展带来了契机，出现了多媒体仿真技术。
多媒体仿真技术充分利用了视觉和听觉媒体的处理和合成技术，更强调头脑、视觉和听觉的体验，仿真中人与计算机交互手段也更加丰富。
80年代初正式提出了“虚拟现实” 一词。
虚拟现实是一种由计算机全部或部分生成的多维感觉环境，给参与者产生视觉、听觉、触觉等各种感官信息，使参与者有身临其境的感觉，同时参与者从定性和定量综合集成的虚拟环境中可以获得对客观世界中客观事物的感性和理性的认识。
图2体现了仿真科学与技术的发展进程。
仿真研究领域的扩展 一图2仿真科学与技术的发展以美国为代表的发达国家高度重视仿真技术的发展和应用。
美国等西方国家 除军事用途外的其它行业中的仿真技术及应用都居于世界领先水平，如飞行模拟 器、车辆运输仿真、电力系统、石油化工仿真系统等。
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。
风力发电厂仿真系统技术方案
第一章风力发电厂仿真风力发电厂仿真对风力发电厂一、二次设备全范围进行了建模仿真，具体包括发电机模型、控制系统、量测系统、交直流系统、保护与自动化监控系统的详细模型，而且考虑风力风向对发电机详细模型的影响以及发电机对电网仿真抽象模型的影响。
风力发电厂仿真系统的主要功能有：正常操作、设备巡视、事故和异常的模拟、培训指导和辅助培训等功能。
采用的关键技术有：虚拟仪器技术、虚拟现实技术、组件建模技术和动态人机界面技术等。
风力发电厂仿真系统采用虚拟仪器技术和虚拟现实技术进行仿真。
虚拟仪器技术的实质是利用计算机技术来实现传统仪器仪表的功能。
该系统采用虚拟仪器技术将发电厂的各种二次设备按照各自的物理特性分别生成各自的虚拟设备，在全三维虚拟场景中进行漫游，巡视，操作。
风力发电厂一次设备仿真采用虚拟现实技术进行仿真。
该系统在设备外观仿真和设备巡视中，采用基于OpenGL 的虚拟现实技术开发了发电厂一次设备三维交互式虚拟场景系统，实现了发电机设备的三维重现，形象地反映了发电机的运行、停止、偏航、异常、事故状态及其动作过程，可以对虚拟场景中的设备巡视、检查、漫游。
风力发电厂自动化监控系统采用基于人机界面服务器的动态人机界面技术、动态图符技术、动态菜单技术、中间件技术和程序自动化技术，实现了对多个风力发电机统一管理和监视。
1.1.仿真对象及范围风力发电厂仿真对象主要包括风力发电机数学模型、一次设备、二次设备、自动化监控系统。
其主要仿真对象及仿真程度如下：1.1.1.风力发电机数学模型1.1.2风力发电厂一次设备风力发电厂的一次设备包含发电机、就地升压变、配电台架等。
所有可操作的设备和可观测的动态量都属巡视训练内容，所有的检查都可以进行自动记录，便于考核评分。
1.1.3风力发电厂二次设备风力发电厂的二次设备主要包括前置机、变频控制器、功率速度等传感器、微机保护和控制系统等。
对于运行人员需要操作的开关、把手、压板等进行详细仿真，学员可以用鼠标、键盘等模拟与现场一致的操作。
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、本文概述随着全球能源结构的转型和可再生能源的大力发展，风力发电作为清洁、可再生的能源形式，已在全球范围内得到了广泛的应用。
风力发电机组系统作为风力发电的核心设备，其性能优化与稳定运行对于提高风力发电效率、降低运营成本以及推动风力发电行业的可持续发展具有重要意义。
因此，对风力发电机组系统进行建模与仿真研究，不仅可以深入理解其运行机制和性能特性，还可以为风力发电机组的优化设计、故障诊断以及控制策略制定提供理论支持和决策依据。
本文旨在探讨风力发电机组系统的建模与仿真方法，分析现有建模技术的优缺点，并提出一种更加精确、高效的风力发电机组系统仿真模型。
文章首先介绍了风力发电机组系统的基本组成和工作原理，然后详细阐述了风力发电机组系统建模的基本框架和关键技术，包括风力机模型、传动链模型、发电机模型以及控制系统模型等。
在此基础上，文章重点分析了风力发电机组系统仿真研究的应用场景和实用价值，如性能评估、故障诊断、控制策略优化等。
通过本文的研究，期望能够为风力发电机组系统的建模与仿真提供一套完整的理论体系和实践方法，为风力发电行业的技术进步和可持续发展贡献力量。
也希望本文的研究成果能够为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考和借鉴。
二、风力发电机组系统基础知识风力发电机组是一种利用风能转换为电能的装置，它主要由风力机（风轮）、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。
风力发电机组的发电原理是利用风力机将风能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
风力发电机组的核心部分是风力机和发电机，风力机负责捕获风能并转化为旋转动能，发电机则将这种旋转动能转化为电能。
风力发电机组的关键参数包括风轮直径、风轮转速、额定功率、切入风速、切出风速等。
其中，额定功率是指风力发电机组在标准风况下（一般为风速为12m/s）能够输出的最大功率。
切入风速和切出风速则分别定义了风力发电机组开始工作和停止工作的风速范围。
风力发电机的建模及动态仿真
Ed′= -
xm x2 + xm
Q
E q′=
xm x2 + xm
D
( 12)
Q= -
x
2
+ xm
x
mE
′ d
D=
x
2
+ xm
x
m
E
′ q
( 13)
p
Q= -
x
2
+ xm
x
mp
E
′ d
p
D=
x
2
+ xm
x mp
E
′ q
( 14)
根据转子电压方程 D 轴
R 2iD + x 2 + x mp E ′ q - ( xm
x= x1+ xm 3. 3 电磁暂态过程方程式 从( 5) 式 D 轴转子磁链方程得
iD =
x2
x +
m
x
m
id
+
1 x2 + xm
D
( 6)
把( 6) 式代入 d 轴定磁链方程得
d=-
x ′id +
E
′ q
( 7)
式中 x ′——暂态电抗
x ′=
x1 +
xm -
x2
x
2 m
+ xm
=
x1 +
x2 x2 +
叙词 风力发电机 建模 动态仿真
Building Model and Dynamic Simulation on Windmill Generator
X in Jiang Institute of T echnolo gy Hou Shuhong, Lin Hong, Chao Qin, Zu Lati
风力发电系统动态仿真的风速模型
式(5)称为 Yule-Walker 方程，其中 Rx(l)为序列 x(k) 的自相关，定义为 Rx (l ) = E[ x* (n) x (n + l )] (6) 式中 E 表示数学期望；上角标*表示复共轭。 将 Yule-Walker 方程写成展开形式为 Rx ( m + 1) = α1 Rx (m) + α 2 Rx ( m − 1) + ... + α n Rx ( m − n + 1) Rx ( m + 2) = α1 Rx (m + 1) + α 2 Rx (m) + ... + (7) α n Rx (m − n + 2) Rx ( m + n) = α1 Rx ( m + n − 1) + α 2 Rx ( m + n − 2) + ... + α n Rx ( m) 如 果 式 (7) 中的 Rx 都 可 以 得 到 ， 那么 将 可 以 解 出 ARMA 模型的 n 个自回归系数。 由于式(6)定义的序 列 自相关 和式 (2) 给出 的功率 谱密度 都表 示了序列 内部各采样值的相互关系，它们之间事实上也存在 着确定的关系，是一对傅立叶变换，即 1 π / Ts Rx (l ) = S x (e jω )e jω l dω (8) 2π ∫−π / Ts S x (e jω ) 为序列的 式中 Ts 为离散序列的采样周期； 功率 谱密度 函 数 。由 式 (2) 、 (7) 和 (8) ， 即 可 解 出 ARMA 模型的 n 个自回归系数。 令 y ( k ) = x ( k ) − ∑ α i x (k − i )
再生、清洁能源的利用越来越受到人们的重视，因 此风力发电技术得到迅速的发展，随着风力发电装 机容量的迅速增长，其动态性能及对电网的影响日 益成为该技术领域的一个主要课题。对火电等传统 发电机组来说，驱动汽轮机的蒸汽压力和流量都是 完全被人们控制的，其运行状况可在相当长的时间 尺度上保持相当程度的平稳，并可根据需要进行调 整；而风力发电机组则不同，其原动机受自然界风 的驱动，由于风速的易变性和不可控性，风力发电 机组几乎时刻遭受到较大程度的扰动，这种扰动无 论对机组本身还是对与之相连的电力系统，都将产 生一定程度的影响。因此，风力发电系统动态仿真 等研究就需要建立与之相适应的风速模型[1-5]， 从而 能够对风速的变化进行模拟，进而研究在一定风速 条件下系统的性能。 作 为 常 用 的 电 力 系 统 仿 真 软 件 ， PSCAD/ EMTDC 在其 4.0.1 版本中集成了风力发电系统的一 些基本模型，其中就包括风速模型[6]。目前对风力 发电系统进行的仿真除了在计算机上广泛使用的全 数字仿真之外，由计算机和发电机等设备组成的数 字－物理混合仿真系统也得到人们的重视[7-8]。 无论 是全数字仿真还是数字－物理混合仿真，风速总是 由数字计算机产生的离散时间序列，作为下游模型 （即风力机）的输入。