基于MATLAB的风力发电系统仿真研究
向恺X刘永前
(华北电力大学动力工程系,北京102206)
摘要:本文建立了风力发电系统风轮的数学模型、传动系统模型、三相异步发电机的数学模型,并用MATLAB软件对这些模型进行了仿真,结果证明了这些模型的正确性,最后研究了无控制系统的永磁发电机组的转速变化情况,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
随着环保意识的加强,削减传统能源对环境的影响,开
发可再生能源,已经成为必然的选择,可再生能源的优势在
于它没有污染排放,能量取之不尽。用风机把储藏在流动空
气中的能量转化为电能是一种不错的风能利用方式。
风机一般不参加电压和频率调节,有扰动时,风机一般
断开,正常运行时重新连接。这样频率和电压的维持基本是
靠大型火电厂的控制。
但是,目前随着风力发电容量的增加,风力发电系统开
始影响整个能量系统,只靠大型火电厂的控制已经很难运行
好一个能量系统。所以研究风机在能量系统中的行为和它
与其它发电设备和负载的关系非常重要。
1.风力发电机组的数学模型及其MATLAB仿真
(1)风机转子模型
风机转子的空气动力学模型很多,有些涉及到风轮形状
的空气动力学因素,这样的模型参数多,方程复杂,计算需要
很多时间,所以在风力发电系统的仿真中一般只考虑基于转
距系数C
Q 或者风能转化系数C
P
的模型,用查表的方法得到
功率曲线,风速也只按轮毂位置的风速计算,转距系数C Q用于决定空气动力转距:
T wt=0.5P Q R3v]2C Q(1)其中:Q是空气密度,R是风轮半径,v]是风速,C
Q
是转距系数。
空气动力转距也可由能量转化系数C P决定:
T wt =0.5P Q R2v]2C
P
(2)
能量转化系数C P和转距系数C Q在失速型风机中可以由叶尖速比K的方程决定,在主动失速和变桨距P变速风机中是由叶尖速比K和桨距角H的方程决定的。
变桨距风机转子的SIMULINK模型如图1所示:
封装界面的参数是:风轮半径,空气密度,切入和切出风速,如图2
所示。
图
1
图2
用一个查表环节,在主动失速型风机中,转距系数和能量转化系数可以由参数桨距角(-10b F H F10b)来决定。在失速型风机中,只要设桨距角为零,就可以了。
(2)传动系统模型
当硬度和阻尼系数被忽略时,得到一质量块模型,一质量块模型的优点在于与二质量块模型相比,它的方程数量明
X作者简介:向恺(1982-),男,湖北宜昌人,华北电力大学动力工程系热能工程专业04级研究生。
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