1、湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院風(fēng)力發(fā)電實驗報告實驗一實驗課題：風(fēng)力機系統(tǒng)的建模與仿真專 業(yè)：班 級：姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)老師：成 績：一、實驗?zāi)康? .掌握Matlab的m語言編程以及仿真模型的構(gòu)建方法；2 .掌握利用Matlab軟件構(gòu)建風(fēng)速模型，風(fēng)輪模型以及傳動系統(tǒng)模型的方法。二、實驗要求1 . 了解Matlab中Simulink如何構(gòu)建子系統(tǒng)以及 m語言編程的技巧；2 .通過查閱資料，搞清楚風(fēng)速模型，風(fēng)輪模型以及傳動系統(tǒng)模型的實現(xiàn)方法三、實驗內(nèi)容熟悉并掌握Matlab的m語言編程以及Simulink庫相關(guān)模塊應(yīng)用，構(gòu)建風(fēng)速模型，風(fēng) 輪模型以及傳動系統(tǒng)模型(包括一質(zhì)量塊模型、二質(zhì)量塊模型以及三質(zhì)量

2、塊模型)并進(jìn)行 仿真實驗驗證。四、實驗步驟1 .啟動Matlab,調(diào)用Simulink工具箱中的模塊或利用 m語言編程，構(gòu)建風(fēng)速模型, 風(fēng)輪模型以及傳動系統(tǒng)模型。2 .觀察各子系統(tǒng)輸出波形，并分析結(jié)果。五、實驗結(jié)果及分析1 .風(fēng)速模型的建立(D基本風(fēng)VwB基本風(fēng)可以由風(fēng)電場測量所得的威布爾分布參數(shù)近似確定(3-1)VwB t A (1 1/K)式中 A K 表示威布爾分布尺度參數(shù)和形狀參數(shù)； ()伽馬函數(shù)。在實際與仿真時我們近似認(rèn)為VwB是一個不隨時間(2)陣行風(fēng)VwG變化的分量，也就是取VwB為一個常數(shù)。圖3-1基本風(fēng)VwG用于表述風(fēng)速的突然變化，在三個時間段內(nèi)有不同的風(fēng)速，陣性風(fēng)變化過程如

3、圖3-2所示。 0<t<TiG風(fēng)速 VwG =0(2)TlG <t <(Tig +Tg)風(fēng)速 VwG =VcosVcos表示在該時間段內(nèi)風(fēng)速變化具有余弦特性，具表達(dá)式為(3-2)Vcos 二 vmaxG 1 -cos2： / T1G)2 一TG式中VmaxG 陣行風(fēng)最大的風(fēng)速(m/s)；t 時間(s);T1G 出現(xiàn)陣性風(fēng)的時間(起動時間S)；TG 陣性風(fēng)的持續(xù)時間。 t>T1G+TG風(fēng)速VwG =。所以當(dāng)1=丁6時Vcos=0當(dāng) t=(T1G+TG/2)時Vcos=Vmax當(dāng) t=(TlG+TG)時Vcos = 0圖3-2 陣行風(fēng)隨時間變化曲線圖在分析風(fēng)電系統(tǒng)對電

4、壓波動的影響時，通常用陣性風(fēng)來考核較大的風(fēng)速變化時的電壓 波動的特性。(3)漸變風(fēng)VwrVwR用于描述風(fēng)速的逐漸的變化，在四個時間區(qū)段內(nèi)有不同風(fēng)速，漸變風(fēng)變化過程如圖3-3所示d) 0<t<T1RTlR WtT2R風(fēng)速VwR =0風(fēng)速 VwR = VrampVramp表示在該時間區(qū)段內(nèi)風(fēng)速線性變化表達(dá)式所以當(dāng)t=T依時v ramp = VmaxR(1 -Vramp =。T1R - T2R(3-3)當(dāng)t=T2R時V = V max ramp(3T2R Mt ET2R Tr風(fēng)速 VwR =Vmax®t -T2R Tr風(fēng)速VwR =0TieIG+Tg圖3-3漸變風(fēng)隨時間變化曲線

5、圖(4)隨機噪聲風(fēng)vwNVwN用以描述在指定的高度的風(fēng)速變化的隨機風(fēng)的特性，由許多諧波分量構(gòu)成，其表 達(dá)式為N(3-4)VwN =2 & (wi) w1/2 cos(wii)一wi 第式中w- 隨機分布的離散間距;個分量的角頻率，wi = (i -1/2)Aw ；i第個分量的初相角為02P之間分布的隨機量;sv(wi)第個分量的振幅。2(3-5)2KnF2WSv (wi),1 (Fwi/二 2)b式中 Kn 地表摩擦系數(shù);2F 攏動范圍m;相對高度白平均風(fēng)速(m/s)。(5)綜合風(fēng)速表達(dá)式Vw綜合風(fēng)速表達(dá)式即是對前面的四個分量風(fēng)速表達(dá)式的求和，具表達(dá)式如下(3-6)Vw = VWB V

6、wG VwR VwN綜合風(fēng)的Simulink的仿真模型如下圖所示：其仿真波形如圖所示:2 .風(fēng)輪模型的建立風(fēng)輪包括風(fēng)力發(fā)電機組中的輪轂和葉片，主要作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能（機械轉(zhuǎn) 矩），帶動風(fēng)機主軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)空氣流經(jīng)葉片時，會在葉片上、下側(cè)產(chǎn)生壓強差，形成升力, 升力以輪轂為中心產(chǎn)生空氣機械力矩，推動葉輪旋轉(zhuǎn)。風(fēng)輪模型是直接決定了風(fēng)機從風(fēng)中 獲得能量的效率。風(fēng)能利用效率與風(fēng)速、風(fēng)向、槳距角、偏航角、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速都有關(guān)系，是 一個復(fù)雜的非線性過程，對于風(fēng)機的動態(tài)特性有重要的影響，也是風(fēng)力機仿真中的重點領(lǐng) 域。針對不同的仿真目的，大致有三種仿真方法：公式法、表格法、葉素動量法。Simulink的仿真模型

7、如下圖所示:口 rouE83SubsystemScope*P1n尸Integrator* wba_taScope3其仿真波形如圖所示:3 .傳動系統(tǒng)模型建立由于風(fēng)力發(fā)電機組起停頻繁，風(fēng)輪又具有很大的轉(zhuǎn)動慣量，通常大功率大容量風(fēng)輪的 轉(zhuǎn)速均設(shè)計在10到20 r/min 。因此需要在風(fēng)輪和發(fā)電機之間設(shè)置增速器。大型風(fēng)力發(fā) 電機組的機械傳動系統(tǒng)都沿中心線布置，因此增速器都采用結(jié)構(gòu)緊湊的行星齒輪箱。風(fēng)力 發(fā)電機組的傳動系統(tǒng)主要是由風(fēng)輪轉(zhuǎn)子，低速軸，增速齒輪箱，高速軸和發(fā)電機轉(zhuǎn)子構(gòu)成 的。Simulink的仿真模型如下圖所示：其仿真波形如圖所示:整個實驗所需的代碼如下所示:function y=cp(x

8、)y=0.22*(116*x(1)-0.4*x(2)*exp(-12.5*x(1)；function y=num_da(x) y=x(1)*x(2)/x(3);function y=num_da_i(x)y=1/(x(1)+0.08*x(2)-0.035/(x(2)*x(2)*x(2)+1);function y=Tw(x)y=0.5*pi*x(1)*x(2)*x(2)*x(3)*x(3)*x(3)*x(4)/x(5);function y=VG(x)if( ( x(4)>=x(2) )&&(x(4)<=( x(2)+x(1)y=(x(3)/2)*(1-cos(2*pi*(x(4)/x(1)-x( 2)/x(1);elsey=0;endfunction y=VR(x)if( (x(4)>=x(1)&&(x(4)<=x(2);y=x(4)*(1-(x(4)-x(2)/(x(1)-x(2);elseif(x(4)<x(5)y=0;elsey=x(4);endfunction y=w(x)y=(x(1)-x(2)*x(3)/(x(4)+x(2)*x(2)*x (5)；六、實