1、风力机的 MATLAB 模型及其应用2004 年第 19 卷第 2 期(总第 67 期)电力JOURNALOFELECFRICPOWERVo1.19No.22004(Sum.67)文章编号:10056548(20(14)02 一叭 l402风力机的 MATLAB 模型及其应用张小芳,王爱龙,田俊梅(1.太原理工大学,山西太原 030024)TheMATLABModelofWindTurbineandItsApplicationZHANGXiaofang,WANGAilong,TIANJunmei(1.TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,Chi
2、na)摘要:提出了一种简化的定桨距风力机的MATLAB 模型.该模型对于风电场的建设与规划,对于风力发电机组的运行仿真和设计都具有重要的意义.关键词:定桨距风力机;风电场;风力发电机组中图分类号:TK83 文献标识码:AAbstract:AsimpleMATLABmodelforwindturbineispresentedinthispaper.Themodelissuitabletotheplanningofawindgeneratorfarmandtothedesigningofthewindturbinegeneratorsystem.KeyWords:windturbine;windg
3、eneratorfarm;windgeneratorsystem引言我国的风能资源丰富,作为可再生能源中最为经济的“绿色能源 “,风力发电越来越受到重视 .目前,风电中采用最多的仍是并网型定桨距恒速恒频异步发电系统,其主要组成部分包括:风轮,变速箱,发电机,控制器,电容器组.进行各种运行状态下风力发电机组的动态仿真,对其运行和设计具有重要意义.MATLAB/Simulink 仿真软件具有强大的功能,其中 Simulink 模块化的结构有助于将复杂的风电系统分解为各个简单的基本“物理“ 模块,适宜用来分析风力发电机组的各种运行状态.目前有关用 MATAB/Simulink 模块对风力机进行建模和
4、仿真的资料很少,本文的风力机模型可作为其中的一个模块.实际发电时,因异步机并网发电时滑差 s0且接近 0,简化分析可取 5=0 时的同步转速作为风力机带负载运行的固定频率点(1=/k),即风力机实际运行在固定的 1 下.选择不同的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 1(工作点) 使全年风力机提供的能量最大.进而得出升速箱的最优变比,并选择升速箱.1 风力机模型的建立根据以下风力机计算公式,构建 MATLAB风力机特性仿真模块.=Rco/v.(1)式中:为叶尖速比;为上游风速 m/s;为风机角速度 rad/s;R 为叶轮半径 m.1T=寺
5、 l07rc()R.(2)式中:T 为风轮转矩;lD 为空气密度 kg/m3;转矩系6数的拟合函数采用 C()=a0+a,其中各待定系数 a0,aa 根据风力机特性来给定.将式(1),(2)用 MATLAB 的模块来实现,得图1 的风机仿真模块,图 2 为仿真模块给出的某风力*收稿日期:20040305作者简介:张小芳(1979 一).女,山西运城人,太原理工大学硕士研究生,从事风力发电机的研究;王爱龙(1980 一), 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.机的转矩与功率特性曲线:T(03
6、,73)和 P(03,73).2 应用将图 1 封装之后加上相应的风速曲线,空气密度,风机角速度之后如图 3 所示.L 广某风场 10rn 与 40rn 高处的全年统计风速曲线如图 4 所示,统计温度曲线如图 5 所示.当地海拔高度 2000rn,当=15时,101=1.07kg/m3.图 6 风力机全年发电量与转速的关系由图 6 可知,在 10rn 高处转速应选 cUl 与 cU3 之间的 1 个数 cUl,应选变比为 k1=cU,/c01 的升速箱.40rn 高处转速应选 cU2 与 cU4 之间的 1 个数 O.92,所以应选变比为 k2=cU,/c02 的升速箱.这样才能使风力机的年发
7、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.3 结论本文提出了 1 种简化的定桨距风力机的 MATLAB 模型.该模型对风电场的建设与规划,对风力发电机组的运行仿真和设计都具有重要的意义.参考文献:1叶杭冶.风力发电机组的控制技术M.北京:机械工业出版社,2002.2张鹏举 .内蒙古辉腾锡勒风电场风能资源评价J.电力勘测,2000(3).3孙亮 .MATLAB 语言与控制系统仿真M.北京: 北京工业大学出版社,2001.责任编辑: 王琨(a)10m 高处风速曲线(b)40m 高处风速曲线图 4 某风场风力资源规律曲线利用公式:P1/(P1T1)=P2/(p2T2).式中:P 为压强 Pa;T=t+273 为气体的热力学温度 K;P 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,可以得出风力机的图 1 风力机的仿真模块发电量与转速的关系如图 6 所示.
