风电系统建模与仿真技术研究

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能源行业中的风力发电系统的建模与控制

能源行业中的风力发电系统的建模与控制风力发电系统是目前能源行业中备受关注的一种可再生能源技术。

以风力为动力源，通过风力发电机将风能转换为电能，为人们的生活和工业生产提供清洁且持续的能源供应。

在风力发电系统中，建模与控制是关键的技术，它们能够提高风力发电系统的效率和稳定性。

一、风力发电系统的建模风力发电系统的建模是指将风力、风力发电机和电网等要素进行数学描述和模拟。

建模的目的是为了更好地理解系统的工作原理，为系统控制提供基础。

在风力发电系统的建模过程中，常常使用的方法有物理建模和数学建模。

物理建模是借助物理原理的知识，通过对风力发电机的结构、风轮的运动规律和发电过程等进行描述和模拟。

采用这种方法可以更直观地了解系统的机械特性和能量转换过程。

例如，可以基于风力在风轮上的作用力和风轮转动的动力学方程，建立风力发电机的物理模型。

另一种常用的建模方法是数学建模，它通过数学形式的方程和参数来表示风力发电系统的各个元件和它们之间的关系。

数学建模能够提供系统的精确描述和分析，可以用于设计和优化控制策略。

常见的数学建模方法包括状态空间模型、传递函数模型和灰盒模型等。

通过对风力发电系统进行数学建模，可以方便地进行仿真和分析，从而为系统控制提供参考。

二、风力发电系统的控制风力发电系统的控制是指通过控制器对风力发电机的运行状态进行调节，以实现系统的高效运行和稳定输出。

风力发电系统的控制主要包括风速控制、功率控制和频率控制等方面。

风速控制是通过调节风轮的转速或转矩来控制风力发电系统的输出功率。

当风速较强时，可以采取限制输出功率的措施，以防止风力发电机超负荷运行。

当风速较弱时，可以通过增大风轮的转矩，提高风力发电机的输出功率。

风速控制旨在使得风力发电系统在不同风速条件下能够稳定输出电能。

功率控制是指根据电网负荷需求和系统自身条件，调节风力发电系统的输出功率。

通过实时监测电网负荷和风力发电机的运行状态，可以及时调整风轮的转速和转矩，以满足电网的需求。

风电装备载荷仿真系统简介

风电装备载荷仿真及系统简介风电装备载荷仿真系统是一个涉及多个学科的复杂技术领域，主要包括空气动力学、机械工程、电机学、电力电子技术、电力系统自动化、运动控制系统以及计算机及DSP技术等。

在风电装备载荷仿真方面，主要研究风力发电机组的动力学特性，以及风能转换过程中各种载荷的仿真分析。

通过建立风力发电机组的动力学模型，结合风场的风速、风向等气象数据，可以预测和模拟风力发电机组的运行状态和载荷情况。

这种仿真技术有助于优化风力发电机组的设计，提高其可靠性和稳定性，同时也可以为风力发电机组的维护和检修提供重要的技术支持。

在系统控制技术方面，风电装备的控制系统是实现高效稳定运行的关键。

控制系统需要实时监测风力发电机组的运行状态，并根据不同的工况和载荷情况，通过调节叶片角度、发电机转速等方式，对机组进行精确的控制。

此外，风电装备控制系统还需要具备故障诊断和保护功能，能够在出现异常情况时及时采取保护措施，保证机组的安全稳定运行。

风电装备载荷仿真及系统控制技术的应用范围非常广泛，包括风力发电机组的设计、制造、安装、运行和维护等各个环节。

通过这些技术的应用，可以进一步提高风电装备的运行效率和稳定性，降低运行成本和维护成本，同时也有助于推动风电产业的可持续发展。

风电装备载荷仿真系统主要由载荷仿真及控制系统两部分组成：一、载荷仿真的主要功能1、建立风力发电机组模型：根据风力发电机组的结构和动力学特性，建立相应的数学模型，包括叶片、塔筒、发电机等关键部件。

2、气象数据输入：收集风场的风速、风向等气象数据，作为仿真模型的输入条件。

3、载荷计算：根据风速、风向和风力发电机组的运行状态，计算出风力发电机组在不同工况下的载荷情况。

4、仿真结果分析：对仿真结果进行分析，评估风力发电机组的性能和安全性，优化机组的设计和配置。

二、控制系统的主要功能1、控制系统硬件配置：选用可靠的硬件设备，如传感器、执行器、控制器等，搭建起风电装备的控制系统。

双馈异步风力发电机建模与仿真研究

节的灵活性和动、静态稳定性 “。
行速度的范围内均有最佳风能利用系数。构图结
变速恒频风电机组的发电机部分多采用双馈感如图１所示。应发电机。如参考文献【】采用的是ａ／ｂ混合２ｑａｃ坐标下的电机模型，该模型考虑了双馈电机转子绕组与系统问变流器的作用，建立了适用于谐波分析
真系统中，分别建立了空载发电机模型和并网发电
－－－－－・ —
涡轮
・
●
的双馈电机动态模型，但模型阶数较高；考文献参
［】以双馈电机运行机理为出发点，根据磁链、电３
－－ — — －
＿．＿
势、电流的关系推导出双馈电机动态数学模型，该模型结构简单，需要补充模拟转子绕组励磁电压但特性的控制变量，与发电机的电气受控变量之间控
张照彦，马永光
（．北电力大学仿真与控制技术研究所，河北保定，０１０；２华北电力大学控制与计算机工程学院，１华７０３．
河北保定，０１０）７０３
摘要：阐述了双馈异步风力发电机的工作原理，并建立了双馈异步发电机的数学模型；分析研究了双馈异步发电机并网前定子电压控制与并网发电后的有功无功控制原理；ＳＡ・０仿真支撑平台上建立仿真模在ＴＲ９型，并进行了仿真和实验，验证了双馈异步发电机模型和控制模型的正确性和有效性。
收稿日期：２０－０ — ２０９９２。

风力发电机组多领域耦合建模与分析

风力发电机组多领域耦合建模与分析随着全球对可再生能源的日益重视，风力发电已经成为了现代能源领域不可或缺的一部分。

其中，风力发电机组作为风力发电的核心装置，其在能源产业中的重要性也不容小觑。

然而，要使风力发电机组能够更高效地工作，避免故障和损坏，必须对其进行深入的研究和分析。

本文将介绍风力发电机组多领域耦合建模与分析的相关内容。

一、风力发电机组的多领域耦合为了更好地理解风力发电机组的多领域耦合，我们先来看一下风力发电机组的基本工作原理。

风力发电机组通过将风能转化为机械能，再由电机将机械能转化为电能，最后将电能输送到电网中。

其中，风力机、变速器、发电机、变流器等部件相互协同工作，完成了风力发电机组的转换过程。

由于风力发电机组是由多个不同领域的部件组成的，各个部件之间存在着相互作用和影响。

换句话说，风力发电机组的各项参数之间相互联系，它们之间的耦合作用非常显著。

例如，风力机的风速和方向会影响到变速器、发电机的工作效率；变速器的质量和齿轮系统的损耗会影响发电机的输出功率；变流器的电网电压和负载特性直接影响到风力发电机组的发电效率及其稳定性等等。

这样看来，仅仅对每个部件的性能进行分析是远远不够的。

只有建立一种全面综合的模型才能更好地研究风力发电机组多领域耦合的现象。

二、风力发电机组的多领域耦合建模建立风力发电机组的多领域耦合模型，需要考虑到多个方面的因素。

通常情况下，可能涉及到机械传动、流体动力学、电磁场等多个领域的知识。

因此，建模会涉及到不同的技术手段和工具。

在建模过程中，要首先将各个部件的单独模型建立起来。

例如，可以考虑机械传动的建模，通过力学的知识，可以建立各个部件之间的转动传动模型。

同样地，电磁场模型建立，也可以考虑传统的电磁场理论和实验测量等。

在流体动力学建模方面，可以通过CFD（计算流体力学）和实验分析等手段，对流场和风场进行建模，甚至可以应用人工神经网络、遗传算法等人工智能技术。

对于上述各种单独模型，需要完成参数校准、验证和调优，以便能够使用它们建立多领域耦合模型。

双馈风力发电系统的建模及其控制策略仿真研究

双馈风力发电系统的建模及其控制策略仿真研究作者：李本荣赵旺马宁来源：《科技视界》2019年第18期【摘要】风力发电因其绿色环保特性，在国内已得到推广。

目前风力发电机组中双馈异步风力发电系统因其体积可控和成本较低，应用较为广泛。

本文完成了双馈异步风力发电双PWM变换器的建模，根据数学模型，设计网侧变换器的电网电压定向矢量控制策略和控制参数，设计了转子侧变换器的定子电压定向的矢量控制方法;通过在Simulink中搭建仿真模型，进行仿真，仿真结果证明了网侧和转子侧的控制策略能有效控制双馈风力发电系统，实现恒频发电。

【关键词】风力发电;矢量控制;Simulink仿真中图分类号： TH7;TP21 ;文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）18-0046-002DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2019.18.0231 双馈风力发电原理概述风力发电因其绿色环保特性，在国内已得到推广。

目前风力发电机组中双馈异步风力发电系统（DFIG）因其体积可控和成本较低，应用较为广泛。

DFIG风力发电系统中，DFIG定子通过并网装置与电网相连，转子通过双PWM励磁变换器与电网相连，其结构图如图1所示[1-3]。

根据电机学原理，要实现有效的机电能量转换，发电机定子旋转磁场n1和转子的旋转磁场（转子旋转磁场相对于转子的转速n2与转子转速nr之和）必须相对静止，稳定运行时有定子电流频率f1=npn1/60，转子电流频率f2=npn2/60，则有npnr/60+f2=f1，当nr发生改变时，可通过改变转子励磁电流频率f2的大小，使定子输出电流频率f1保持恒定。

2 网侧变换器电网电压定向的矢量控制模型2.1 网侧变换器控制建模励磁变换器采用双PWM变换器[4]，其中网侧变换器由6个晶闸管构成，将两相同步旋转速dq坐标系中的d轴与电网电压的方向重合，可得网侧变换器在dq坐标系中的数学模型如式（1）所示[5]。

基于PSCAD的永磁同步风力发电机模型与仿真

基于PSCAD的永磁同步风力发电机模型与仿真引言永磁同步风力发电机是当前广泛应用于风力发电领域的一种发电机类型。

它具有高效、低成本和可靠性高的特点，因此被广泛用于风力发电系统中。

为了更好地理解和分析永磁同步风力发电机的性能，需要进行相关的建模和仿真。

PSCAD是一种被广泛应用于电力系统仿真的软件工具，具有强大的仿真功能和友好的用户界面。

本文将介绍基于PSCAD的永磁同步风力发电机的模型建立和仿真步骤。

永磁同步风力发电机模型永磁同步风力发电机的基本原理永磁同步风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。

它由风轮、发电机和控制系统三部分组成。

风轮接受风能并转动，发电机将机械能转化为电能，控制系统用于调节发电机的工作状态。

永磁同步风力发电机的基本原理是利用电磁感应法，通过风轮驱动发电机转动，使导体在磁场作用下产生感应电势，从而实现发电。

PSCAD中永磁同步风力发电机模型的建立首先需要在PSCAD中选择合适的电气元件进行建模，如发电机、风轮和控制系统等。

对于永磁同步风力发电机的模型建立，可以考虑以下几个方面：1.发电机模型：选择合适的发电机模型，可以根据发电机的特性来选择合适的电气元件进行建模。

一般来说，可以选择三相感应发电机或者永磁同步发电机模型。

2.风轮模型：选择合适的风轮模型，可以考虑风轮的转动惯量、风速、风向等因素。

一般来说，可以选择转动质量、转动惯量等参数进行建模。

3.控制系统模型：选择合适的控制系统模型，可以考虑对发电机转速、电压等进行调节。

一般来说，可以选择PID控制器等控制系统进行建模。

PSCAD中永磁同步风力发电机模型的仿真步骤1.创建PSCAD项目：在PSCAD软件中创建新的项目，选取适当的工程设置和仿真参数。

2.导入电气元件模型：选择合适的电气元件模型，如发电机、风轮和控制系统等，在PSCAD中导入相应的电气元件模型。

3.连接电气元件：使用线缆进行电气元件的连接，建立起完整的永磁同步风力发电机系统。

直驱式风力发电机的建模与仿真分析

方向互差１２０。电角度。
１概述
随着近年来风电在并网新能源中所占比例越来越大，研究风电并网后对电网的影响也得尤为重要。恒速恒频和变速恒频是当下并网风力发电机组的主流模式” ｌ。直驱式风力发电系统与双馈式风力发电机相比，那些容易发生故
方程：
少，变流器及其控制系统成为主流研究方向，通过对整个系统进行控制，进而跟踪风力发电机的最大功率，实现并网。文献【２】和【３】建立了详细的变流器模型，并研究了直驱永磁风力发电机的工作原理，通过控制发电机转速使机组
ｆＵｄＲｉｄ＋ｐＬｄｉｄ — ｃ＾）ｅＬｑｌａ
【ｕｑ＝Ｒｉｑ＋ｐＬｑｉｑ — ｃ＾）ｅＬ山４－ｃ＾）。ｆ
ｆ１１
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式中，ｕｄ为电压的ｄ轴分量，ｕ。为电压的ｑ轴分量，ｉｄ为电流的ｄ轴分量，ｉ。为电流的ｑ轴分量，Ｌ口为等效ｄ轴
在风速低于额定值时实现最大功率跟踪：如果风速超过额电感，Ｌｏ为等效ｑ轴电感，Ｒ为定子电阻。定值，借助桨距角进行控制，在一定程度上确保系统保持磁链方程为：ｉＬｄＩ＋在额定输出功率状态，在风速范围较大时，通过控制风电ｌｑ＝Ｌｑｌｑ

直驱式风电系统低电压穿越建模与仿真

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｔｉｌｉｚｅｓ１５００ｋＷｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ，ｂａｓｅｄｏｎｄｉｒｅｃｔｄｉｒｖｅｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｉｒｓｔｉｃｓａｎｄ
《电气开关》（２０１３．Ｎｏ．６）
５９
文章编号：１００４— ２８９Ｘ（２０１３）０６— ００５９—０４
直驱式风电系统低电压穿越建模与仿真
蔡志远，郭蔓青
（沈阳工业大学电气工程学院，辽宁
ＣＡＩＺｈｉ — ｙｕａｎ，ＧＵＯＭａｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｉｒｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８７０，Ｃｈｉｎａ）
ｍａｘｉｍｕｍｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｔｒａｃｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｉｄｅｒｔｈｒｏｕｇｈｆｏｒｄｉｒｅｃｔ－ｄｉｖｒｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｗａｓｂｕｉｌｔｉｎＭａｌａｆｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋｓｏｆｔｗａｒｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄａｃｃｅｓｓｔｏｄｉｆｅｒｅｎｔｉｍｐｅｄａｎｃｅ，ｐｒｏｄｕｃｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｏｌｔａｇｅｄｒｏｐ，ｔｈｒｅｅ．ｐｈａｓｅｓｈｏｒｔ — ｃｉｒｃｕｉｔｆａｕｌｔｏｃｃｕｒｓｉｎｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｅｘｐｏ￣．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｉｄｅｒｔｈｒｏｕｇｈｗｈｅｎｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｄｒｏｐｓｂｙ５０％，Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｔａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｄｕｉｎｒｇｖｏｌｔａｇｅｄｉｐｓｐｒｏｃｅｓｓ，ｖｅｉｆｒｉｅｓｔｈｅｒａｔｉｏｎ —

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风电系统建模与仿真技术研究
随着人类对环境保护意识的提高，清洁、可持续的能源正在逐步成为全球关注的重点。

作为一种环保型、可再生的能源，风能受到了越来越多的关注。

在风能利用中，风电技术被认为是最有前途的开发利用方式之一。

风电技术对于解决人类能源需求和减少碳排放等方面具有重大的意义。

因此，在风电技术的研究中，精确建模和仿真系统成为了一个非常重要的技术研究方向。

一、风电系统建模
在风电系统建模中，需考虑多个因素，包括风能的变化、风轮的转动、电机的特性和发电机的转换等多个因素。

通常，风电系统可被分为四个子模块，即风能转换模块、风轮转动模块、发电机模块和变流器模块。

1. 风能转换模块
在风能转换模块中，需考虑风速、空气密度和风轮叶片的转动等多个因素。

因此，依据气动学原理建立风能模型是非常重要的。

通常，采用Betz 线理论，建立三维模型，模拟三维流场，计算风能转换效率，从而确定需要的翼型。

2. 风轮转动模块
在风轮转动模块中，需考虑转动轴承和风轮轴的转动，以及其与nacelle的连接。

风轮通常采用叶片双面曲面设计，以最大化风转能。

因此，建立叶片模型是风轮建模必不可少的一步。

一般通过三维数值分析或模拟运动学的建模方法。

3. 发电机模块
在发电机模块中，需要考虑模型的电气特性。

按照电气原理，电机的转速与产生的电动势成正比，而电动势与磁力线的通量和电机的匝数成正比。

因此，可以通过这两个因素建立电机模型，将电机的电气参数纳入模型。

4. 变流器模块
变流器模块用于将发电机产生的交流电转换为适用于电力网的交流电，其主要包括四个段落，即调整直流电压的整流器、存储电容的滤波器、转换为输出频率的逆变器和加速动态响应的控制器。

二、风电系统仿真
建立风电系统模型后，需要进行仿真分析以获得更多信息。

仿真包括马达转子惯量、实际时间响应、功率曲线等等分析因素。

1. 马达转子惯量
转子惯量是重要的电机参数之一，决定了电机的机械特性。

在进行仿真时，输入真实数据来获得准确的机械特性，可更好地评估电机的惯量。

2. 实际时间响应
实际时间响应分析可验证模型的准确性，模拟风电系统在实际使用中的性能表现，有利于预测风机在实际操作中的稳态和动态性能，包括转速过程中的滞后现象等。

3. 功率曲线
风电系统的功率曲线是用于确定风能装置最佳工作点的一种方法。

通过仿真分析系统的产电功率，从而找到最佳功率点，然后制定出最优的风能转换方案。

三、风电系统建模与仿真技术的发展
随着风能资源的逐渐开发和利用，风电系统的规模越来越大，与此同时，建模和仿真技术也在不断更新完善。

现在风电系统建模和仿真技术采用了多学科、交叉融合的方法，将气动、机械、电气和控制等方面相结合，形成了一个完整的系统模型，其能够更加准确地反映实际运行中的物理过程。

未来，风电系统模型的建模和仿真技术将会进一步发展，不断改善和提高建模精度和仿真精度。

在未来的研究中，更多的重点将会放在对风能转换效率、风轮叶片翼型、电机和控制系统的优化以及风电系统的稳态与动态响应等方面进行研究。

总之，风电系统建模与仿真技术是风电技术的重要组成部分，它不仅可以分析风电系统的性能特点，还可以指导风电系统的优化设计，为风电技术在实际使用中提供重要的支持。