新闻中心

EEPW首页 > 设计应用 > 基于Matlab/Simulink的风力机特性仿真

基于Matlab/Simulink的风力机特性仿真

作者:张天一 杨巍 郝玉然时间:2018-09-27来源:电子产品世界 收藏
编者按:本文选择参考文献2中的风能的功率系数Cp进行分析,采用遗传算法进行最大功率系数Cpmax求解,并通过对参考文献1中的风能的功率系数Cp求解验证其算法求解的合理性&。采用matlab/Simulink进行风力机的仿真建模,模拟外界真实情况下,通过已知的λ和Cpmax,求得风机的转速与风速之间的比例系数,在最佳比例系数下,实现风力机的最大功率捕捉,得到风力机的静态仿真波形&。

作者 / 张天一1 杨巍2 郝玉然3

本文引用地址:/article/201809/392398.htm

  1.郑州工商学院(河南 郑州 450000) 2.66389部队(陕西 西安 710000)

  3.华北水利水电大学(河南 郑州 450000)

  张天一,女,1989.11,硕士研究生,讲师,控制理论与控制工程;杨巍,女,1987.8,硕士研究生,助理工程师,通信与信息系统;郝玉然,男,1992.1,硕士研究生,学生,工业控制&。

摘要:本文选择参考文献2中的风能的功率系数Cp进行分析,采用遗传算法进行最大功率系数Cpmax求解,并通过对参考文献1中的风能的功率系数Cp求解验证其算法求解的合理性&。采用matlab/Simulink进行机的建模,模拟外界真实情况下,通过已知的λ和Cpmax,求得风机的转速与风速之间的比例系数,在最佳比例系数下,实现机的最大功率捕捉,得到机的静态波形&。

0 引言

  随着化石能源的不断消耗和化石能源所带来的环境问题,人们转向了清洁能源的开发,风能具有资源范围广,清洁无污染,建设周期短等特点,成为主要开发对象&。近20年来世界风力发电技术有了飞速的发展,据统计,截止到2013年12月世界装机容量总计318137MW,全球新增装机容量35467MW,风力发电成为当今电力系统的重要研究领域之一&。

  变速恒频风力发电是20世纪发展的一种新风力发电技术,优点是发电机以变速运行、噪声低和损耗小&。通过发电机转速控制,保证风力机在最佳叶尖速度比 下运行,从而实现最大风能跟踪&。因为变速系统成本在大型风力发电机组中占得比例小,所以今后大力发展变速恒频技术是风力发展的必然趋势&。本文通过遗传算法计算最佳叶尖速度比 和最大风能的功率系数Cp,并在 matlab/Simulink中对变速风力发电机的风力机进行静态,为建立合理的变速风力发电系统作准备&。

1 变速风力机原理及特性

  1.1 风力机结构

  风力机是风电发电系统中的重要组成部件&。风力机由桨叶和轮轴组成,桨叶在气流作用下带动风轮使旋转,风力机把捕获的风能转化为机械能,然后永磁发电机将机械能转化为电能&。由贝兹理论可知,风力机的最大风能利用率为0.593&。本文针对定桨距、变转速发电机的变速风力机进行仿真,结构如图1所示&。

  1.2 变速风力机基本特性

  通过对比参考文献1和2中的风力机吸收利用风能的功率系数Cp,本文选择参考文献2中的Cp&。

(1)

  式中λ为风力机的叶尖速比,β为风力机的桨距角&。

  发电机的角速度ωm,风力机捕获的有效功率Pm,风力机机械转矩TL的表示如下式(2)所示:

(2)

  式(2)中Rw为风力机叶片半径,n为风力机转速, ωr为风力机的角速度,N齿轮箱增速比,是空气密度&。

2 风力机性能simulink模型

  2.1 最大功率系数Cp max的计算

  从式(1)可得到,当风力机桨矩角β恒定时,当风速不同时,只需控制风力机叶尖速比λ在合适的范围,这样就能得到风力机最大功率系数 ,从而变速风力机能捕获到最大功率&。由于(1)中的式子比较复杂,才用直接计算法很难求得Cp的最大值,本文在matlab中使用遗传算法可以很轻松求得Cpmaxλ&。为了验证使用遗传算法计算的结果是否可靠,对参考文献1中Cp进行了最大值求解,求解结果如图2所示,和文中所提到的Cpmaxλ一致&。图3是对本文中Cpmaxλ的计算结果,得到当λ=6.325时,Cpmax=0.44

  2.2 Cpmax和风机性能的matlab模型

  根据式1在simulink中搭建模型,把λ作为输入量,Cp作为输出量,建立的Cp(λ,β)模型如图4所示&。

  对Cpmax matlab模型进行封装得到风机性能matlab模型如下图5所示&。

  2.3 风力机matlab模型

  由式1和式2在simulink中对风力机进行建模,风速v和风力机的角速度ωr作为输入量,风力机的叶尖速比 λ、功率系数Cp、风力机捕获的有效功率Pm和风力机机械转矩TL作为输出&。在模型建立起来后,对风力机的性能进行仿真&。

  2.4 风力机性能模拟仿真matlab图

  将风力机matlab模型进行封装,再把与风力机各参数输入封装的风力机?橹,变速风力发电机组的仿真整体matlab模型如图6所示&。

3 仿真结果分析

  对图5模型进行仿真,得到仿真结果如图7所示&。对图6的变速风力发电机进行matlab/Simulink仿真,空气密度为12.5kg.m-3,风力机的桨距角β为0,风力机半径36m,变速风速为0~14.5m.s-1,仿真图如图9所示&。

  已知当叶尖速比λ=6.325时,Cpmax=0.44,和式2中λ、ωr和v之间关系,得到最好的比例系数K,由此仿真得到最佳的输出转矩和功率,如图10和11所示&。

4 结论

  本文通过选用文献2中的Cp(λ,β),采用遗传算法计算得到λ=6.325时,Cpmax=0.44,并在matlab/Simulink中对风力发电系统中的变速风力机进行建模仿真分析&。模拟外界真实情况下,通过已知的λ和Cpmax,求得风机的转速与风速之间的比例系数,在最佳比例系数下,实现风力机的最大功率捕捉,得到风力机的静态仿真波形&。

  参考文献:

  [1]高平, 王辉, 佘岳,等. 基于Matlab/Simulink的风力机性能仿真研究[J]. 能源研究与信息, 2006, 22(2):79-84.

  [2] 任永峰. 双馈式风力发电机组柔性并网运行与控制[M]. 机械工业出版社, 2011.

  本文来源于《电子产品世界》2018年第10期第68页,欢迎您写论文时引用,并注明出处&。



关键词: Maylab 风力 仿真 201810

评论

技术专区

关闭

免责声明: 本站资料及图片来源互联网文章,本网不承担任何由内容信息所引起的争议和法律责任。所有作品版权归原创作者所有,与本站立场无关,如用户分享不慎侵犯了您的权益,请联系我们告知,我们将做删除处理!