電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)-組合風(fēng)速與風(fēng)力機(jī)功率的matlab仿真分析

1、<p>　　組合風(fēng)速與風(fēng)力機(jī)功率的Matlab仿真分析</p><p>　　摘要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中最為重要的成分之一，是完成風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中必不可少的成分?，F(xiàn)實(shí)中，大自然的風(fēng)速不斷的隨機(jī)變化，風(fēng)力機(jī)組也就要面臨著多種隨機(jī)變化的工作情況。因此風(fēng)力機(jī)建模與仿真對(duì)風(fēng)電機(jī)組整體的研究分析起著至關(guān)重要的作用。本論文主要針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中隨機(jī)變化的自然風(fēng)及風(fēng)力機(jī)通過(guò)matlab進(jìn)行了數(shù)學(xué)模型的搭建。并運(yùn)用M

2、atlab軟件中的Simulink環(huán)境下分別進(jìn)行模擬現(xiàn)實(shí)來(lái)得到仿真圖形，而后對(duì)各個(gè)仿真圖像采取系統(tǒng)分析，進(jìn)而把組合風(fēng)速作為發(fā)電系統(tǒng)中風(fēng)力機(jī)的輸入在Matlab軟件的Simulink環(huán)境下再次仿真，通過(guò)研究仿真結(jié)果可以知道的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行功率的實(shí)際情況，從而在現(xiàn)實(shí)中更好的實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電。</p><p>　　關(guān)鍵詞：基本風(fēng)速 陣風(fēng)風(fēng)速 漸變風(fēng)速 隨機(jī)風(fēng)速 組合風(fēng)速 風(fēng)力機(jī)模型</p><

3、;p>　　Combination of wind speed and wind turbine power based on Matlab simulation analysis</p><p>　　Abstract Wind turbines is one of the most important component of wind power ,wind power is to realize th

4、e essential ingredients. Reality, continuous stochastic nature of wind speed, wind turbine will also face a variety of random variation work. Therefore the modeling and simulation of wind turbines overall analysis plays

5、an important role. This thesis mainly aiming at random changes in wind power generation system of natural wind and wind turbine through matlab mathematical modeling. And using</p><p>　　Key Words: Basic wind

6、speed; Gust wind speed; Gradient wind speed; Random wind speed; Combination of wind speed; Wind turbine model</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　當(dāng)今社會(huì)，世界經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，隨之越來(lái)越多的企業(yè)產(chǎn)生并隨之壯大，人民的生活水平也不斷的進(jìn)步

7、，伴隨著生活水平的提高必定造成人們的生產(chǎn)生活所用電量也不斷增長(zhǎng)。目前世界上有多種發(fā)電方式，我們比較熟悉的是火力發(fā)電跟水力發(fā)電，當(dāng)然還有太陽(yáng)能與核發(fā)電這幾種。對(duì)比這些的發(fā)電形式，風(fēng)力發(fā)電是使用風(fēng)能，風(fēng)能是大自然的產(chǎn)物是可再生的資源，對(duì)比火電與核電來(lái)說(shuō)環(huán)境效益好，永不枯竭。除此之外，依靠燃料發(fā)電會(huì)向大氣排放大量的溫室氣體，導(dǎo)致全球氣候變暖，上世紀(jì)70年代，人們已經(jīng)開始認(rèn)識(shí)到化石能源發(fā)電給社會(huì)帶來(lái)的不良影響，再加上化石能源危機(jī)，因此為了解決環(huán)

8、境問(wèn)題，緩解能源危機(jī)，造福子孫后代，人們開始迫切的尋求其他的方式來(lái)代替化石燃料，其中利用可再生能源風(fēng)能的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)較為成熟、可行性相對(duì)較高，因此，風(fēng)力發(fā)電逐漸備受世界各國(guó)的重視。</p><p>　　1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述</p><p>　　1.1 選題背景與意義</p><p>　　我們都知道，風(fēng)能不同于其他能源，它具有永不枯竭的優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)采取的原理是把龐

9、大的風(fēng)力資源轉(zhuǎn)化為電能來(lái)供人們利用。據(jù)材料記錄人類從很早就已經(jīng)使用風(fēng)能來(lái)提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)帆船是最早對(duì)風(fēng)能的利用，從公元前5000年人們通過(guò)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)航船沿著尼羅河逆流而上，到公元1000年維京人開始利用風(fēng)能來(lái)對(duì)大西洋進(jìn)行開發(fā)利用。</p><p>　　風(fēng)能比較其余能源具備較為顯著的優(yōu)勢(shì)，再者風(fēng)能具有較高的經(jīng)濟(jì)可行性和相對(duì)較為成熟的技術(shù),憑借著這一優(yōu)點(diǎn)風(fēng)能立即躋身世界新能源領(lǐng)域的焦點(diǎn)，并被利用在發(fā)電上，我們稱之為風(fēng)力發(fā)

10、電。1992年的世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了可再生能源的開發(fā)及利用對(duì)環(huán)境與社會(huì)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義,這一主題迅速在世界各國(guó)達(dá)成共識(shí)?？梢?jiàn)開發(fā)利用新能源對(duì)每個(gè)國(guó)家都是十分迫切需要的。風(fēng)能的開發(fā)與利用對(duì)電力工業(yè)進(jìn)行了重新塑造,給面臨著能源危機(jī)的電力工業(yè)帶來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī)，也為能源危機(jī)帶來(lái)了新的福音。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用從八十年代中期以來(lái)受到普遍重視,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷突飛猛進(jìn),尤其是是尖端航天技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)和大功率電力電子技術(shù)逐漸應(yīng)用于新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)

11、組的開發(fā)與研制中,使風(fēng)力發(fā)電迅速發(fā)展起來(lái)。</p><p>　　我國(guó)人口眾多，而化石能源特別是煤炭和石油的嚴(yán)重不足,生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了人們的需求，隨著時(shí)間的推移，能源的消耗逐漸增加，同時(shí)由于煤炭、石油的大量使用，中國(guó)也成為重要的石油的進(jìn)口國(guó)之一,并且進(jìn)口石油的數(shù)量逐年上升,對(duì)國(guó)際能源市場(chǎng)的依賴性也越來(lái)越大。下圖是從2000年到2012年我國(guó)石油可供量、石油生產(chǎn)量、石油進(jìn)口量的數(shù)據(jù)。</p><

12、p>　　表1-1石油可供、生產(chǎn)、進(jìn)口量</p><p>　　通過(guò)上表1-1可知，進(jìn)口量逐年增長(zhǎng)，因此開發(fā)和利用環(huán)保經(jīng)濟(jì)的新能源變得更加迫切。我們中國(guó)的風(fēng)力資源非常豐富，已探明的風(fēng)能理論儲(chǔ)量是32.26億千瓦 ，因此有效的開發(fā)和利用風(fēng)能已經(jīng)成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的基本國(guó)策之一。</p><p>　　風(fēng)能對(duì)比其余的可再生能源，如光伏、潮汐能、海浪能，風(fēng)力發(fā)電又是一種技術(shù)上比

13、較成熟而且比較容易掌控的可再生能源，所以在面對(duì)能源危機(jī)的今天對(duì)其的研究與開發(fā)具有十分重要的意義。</p><p>　　1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展歷史</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電于19世紀(jì)末和20世紀(jì)初期開始出現(xiàn)，并且德國(guó)、法國(guó)、丹麥、蘇聯(lián)和美國(guó)先后研制了用于實(shí)驗(yàn)性的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。1890年，丹麥政府就開始制訂

14、了一項(xiàng)對(duì)于風(fēng)力發(fā)電的方案，18年的不斷研究與努力之后，首批72臺(tái)單機(jī)功率為5-25千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)誕生了，隨后發(fā)展到120臺(tái)。發(fā)展到今天，丹麥已經(jīng)逐漸發(fā)展為世界上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)大國(guó)。一戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)促進(jìn)了螺旋槳式飛機(jī)的發(fā)展，近代空氣動(dòng)力學(xué)理論對(duì)其的研究與發(fā)展起了至關(guān)重要的作用。于1931年，世界上最大的一臺(tái)采用螺旋槳式葉片設(shè)計(jì)的30千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)建造成功。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究熱潮開始在世界各國(guó)迅速展

15、開。</p><p>　　在1941年， Smith-Putnam風(fēng)機(jī)在美國(guó)誕生，該風(fēng)機(jī)的同步發(fā)電機(jī)為1.25MW，葉輪直徑為53米，由不銹鋼制成的風(fēng)葉與主軸相連接。風(fēng)機(jī)通過(guò)對(duì)液壓的控制來(lái)改變槳距從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速和功率的調(diào)節(jié)與控制。Smith-Putnam風(fēng)機(jī)有效結(jié)合了機(jī)械工藝技術(shù)與空氣動(dòng)力學(xué)，代表了當(dāng)時(shí)風(fēng)力機(jī)的技術(shù)發(fā)展水平，可惜，這臺(tái)大型的Smith-Putnam風(fēng)機(jī)并沒(méi)有運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間，1945年因故障被迫停止運(yùn)

16、行。</p><p>　　第二次世界大戰(zhàn)后，由于戰(zhàn)爭(zhēng)帶來(lái)的影響，化石燃料的價(jià)格降低使風(fēng)力機(jī)發(fā)電的步伐進(jìn)一步放緩。但是這并沒(méi)有影響到局部地區(qū)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，相反一些小型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在美國(guó)的一些迫切需要電力的邊遠(yuǎn)地區(qū)得到了迅猛的發(fā)展。 Jacob兄弟發(fā)明了通過(guò)三個(gè)小葉片直接驅(qū)動(dòng)直流發(fā)電機(jī)的Jacobs小型風(fēng)機(jī)。很快這種發(fā)電機(jī)被大量的生產(chǎn)并使用。</p><p>　　上世紀(jì)80年代大型風(fēng)力機(jī)的商

17、業(yè)化逐漸來(lái)臨，其首先出現(xiàn)于以丹麥為代表的北歐，隨著不同種類、不同原理的風(fēng)機(jī)的接連問(wèn)世，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也越開越激烈起來(lái)， 三葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)逐步突出成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流。</p><p>　　總之，風(fēng)力發(fā)電在一百多年的曲折發(fā)展中不斷地嘗試與創(chuàng)新，當(dāng)然，在此期間，有過(guò)成功，也有過(guò)失敗，但是無(wú)論成敗都為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的更好利用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，在未知中不斷探索，在失敗中不斷改進(jìn)。風(fēng)電技術(shù)也開始有大陸向海上發(fā)展起來(lái)，我們中國(guó)也已經(jīng)

18、建造海上風(fēng)電場(chǎng)。</p><p>　　風(fēng)能作為在世界上占有重要地位的主要能源之一，到2007年全球風(fēng)力發(fā)電新裝機(jī)容量為20000MW，而全球各種發(fā)電總的為94112MW。與2006年的市場(chǎng)容量相比，增加了31%，裝機(jī)容量增加了27%[1]。</p><p>　　圖1-1 世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)</p><p>　　從以上的柱形圖可以清楚地看出從2000年以來(lái)世界

19、風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，并且隨著年份的增長(zhǎng)速度逐漸加快，從2001年的2390經(jīng)過(guò)7年迅速增長(zhǎng)到2007年的93889，再到2013年達(dá)到近320000，可以看出運(yùn)用風(fēng)力來(lái)發(fā)電具備良好的發(fā)展?jié)摿Α?lt;/p><p>　　1.2.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　風(fēng)力機(jī)技術(shù)是一種相對(duì)來(lái)說(shuō)性價(jià)比較高的技術(shù)，風(fēng)電技術(shù)也逐漸成為一些科研人員研究的熱點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程跟電風(fēng)扇的

20、工作原理相反：由風(fēng)能到機(jī)械能再到電能，風(fēng)扇則是通過(guò)利用電能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)能。其中，整個(gè)過(guò)程的重點(diǎn)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程，因此風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究的一個(gè)重點(diǎn)，就是研制一種發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)要有利于風(fēng)電的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　隨著時(shí)間的推移，新技術(shù)的不斷開發(fā)及利用，全球的累計(jì)裝機(jī)容量也隨著時(shí)間逐漸的快速增長(zhǎng)。由GWEC——全球風(fēng)能協(xié)會(huì)[2]的統(tǒng)計(jì)，2000年，世界風(fēng)力發(fā)電總的容量為17400MW，2013年增長(zhǎng)到3

21、18105MW，如表1.2所示。 </p><p>　　表1-2 2000年至2013年全球風(fēng)力發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量</p><p>　　從上表1-2可以看出，2000年全球的累計(jì)容量為17400兆瓦，并以較快的速度逐年增長(zhǎng)，并且增長(zhǎng)速度越來(lái)越快，到2013年，裝機(jī)總?cè)萘恳呀?jīng)達(dá)到318105MW，可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)正在迅速的增長(zhǎng)，相信這種增長(zhǎng)勢(shì)頭將會(huì)繼續(xù)持續(xù)下去。</p&g

22、t;<p>　　1.2.3風(fēng)電國(guó)外現(xiàn)狀</p><p>　　19 世紀(jì)末，用于發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組首先由丹麥人研制成功，并建成了世界上第一座風(fēng)力發(fā)電站[3]。緊接著，世界各國(guó)開始探索研究，直至今天，世界上越來(lái)越多的國(guó)家致力于風(fēng)力發(fā)展。</p><p>　　20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)電力的要求也就不斷地增高，一些西方的發(fā)達(dá)國(guó)家在風(fēng)電方面取得了突出的成就。比如，美

23、國(guó)的水平軸發(fā)電機(jī)組、加拿大的立軸達(dá)里厄風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。除此之外，在歐洲的許多國(guó)家，l00MW以上的發(fā)電機(jī)組也得到了快速的發(fā)展，90年代中型大型的風(fēng)電場(chǎng)主要風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量已經(jīng)實(shí)現(xiàn)200到600KW。隨著對(duì)風(fēng)電的不斷開發(fā)與利用，技術(shù)的不斷改革，新產(chǎn)品的不斷發(fā)明與投入，相信風(fēng)力發(fā)電的成本也將不斷地減少。</p><p>　　上世紀(jì)九十年代以來(lái)，世界風(fēng)力發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量平均每年超過(guò)20%，除此之外，在現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

24、總裝機(jī)容量159.213GW中，絕大部分為陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組僅占很少的一部分為1.9559GW，約占1.23%。相比內(nèi)陸，海上風(fēng)特性對(duì)比內(nèi)陸更加穩(wěn)定，風(fēng)力方面也更加具有優(yōu)勢(shì)，所以，許多有海外發(fā)展條件的國(guó)家開始將風(fēng)電的發(fā)展方向海上發(fā)展。美國(guó)與歐洲的一些起步較早的國(guó)家的風(fēng)電技術(shù)相對(duì)于比較成熟 其相關(guān)政策也較為完善，因而風(fēng)力發(fā)電在短期內(nèi)迅猛發(fā)展。比如，丹麥的風(fēng)力發(fā)電量占總發(fā)電量的市場(chǎng)份額已經(jīng)超過(guò)20%，并且丹麥政府預(yù)計(jì)2025

25、年底將此份額增長(zhǎng)至50%。歐盟也確立了在2020年突破20%的發(fā)電目標(biāo)。</p><p>　　圖1-2 世界新增裝機(jī)前十名的國(guó)家（2013）</p><p>　　圖1-3 世界累計(jì)裝機(jī)前十名的國(guó)家（2013）</p><p>　　上圖1-2與1-3為截止到2013年世界風(fēng)能新增與累計(jì)裝機(jī)扇形圖，從圖中可以看出，到2013年中國(guó)的新增裝機(jī)容量位居第一，其次是德國(guó)跟

26、英國(guó)，美國(guó)排在第六位。世界累計(jì)裝機(jī)容量的前三名依次是中國(guó)、美國(guó)和德國(guó)，這兩幅扇形圖說(shuō)明我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量無(wú)論是累計(jì)還是新增都排在第一的位置，這就要求我國(guó)需要保持風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)力度，利用好豐富的風(fēng)力資源從而解決能源危機(jī)，為人類謀福利。</p><p>　　1.2.4 風(fēng)電國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀</p><p>　　面對(duì)環(huán)境污染和資源短缺的壓力，我國(guó)開始學(xué)習(xí)西方進(jìn)行開發(fā)研究風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，到2008年底，

27、我國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到了1200萬(wàn)KW，成功的躋身于世界前四位，風(fēng)電裝機(jī)容量也增長(zhǎng)迅速。 當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)有20多個(gè)省份建設(shè)了風(fēng)電場(chǎng)，安裝了上萬(wàn)臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，還建設(shè)了多個(gè)大型的風(fēng)電基地，除此之外，在沿海地區(qū)，中國(guó)還努力研究探索海上的風(fēng)力資源，利用海風(fēng)進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電。 </p><p>　　下圖為從2001年起到2013年我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)與新增的裝機(jī)容量。</p><p>　　圖1-4 20

28、01～2013年我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)累計(jì)裝機(jī)和新增裝機(jī)容量</p><p>　　從上圖1-4中不難看出，在起初幾年我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電受到各種方面的影響發(fā)展較為緩慢，總量比較少，增長(zhǎng)的幅度也不大。從2006年起開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)，總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，無(wú)論是新增裝機(jī)容量還是累計(jì)裝機(jī)容量都發(fā)展迅速，開始進(jìn)入風(fēng)力發(fā)展的高峰期。我國(guó)具有豐富的風(fēng)能資源，所以相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，開發(fā)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，風(fēng)能總量以及風(fēng)能利用率不斷增加。風(fēng)能發(fā)電必將

29、慢慢增大其在發(fā)電領(lǐng)域所占的比重，逐漸取代有污染的、對(duì)環(huán)境產(chǎn)生傷害的清潔的發(fā)電方式。除此之外，利用風(fēng)能這樣的可再生能源也是走可持續(xù)發(fā)展道路，建設(shè)和諧社會(huì)、和諧世界的重要一環(huán)。</p><p>　　1.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類別 </p><p>　　根據(jù)風(fēng)力機(jī)的發(fā)電量可以將風(fēng)力機(jī)分為以下三類：小規(guī)模風(fēng)力機(jī)、中規(guī)模風(fēng)力機(jī)和公用電網(wǎng)風(fēng)力機(jī)。當(dāng)前，最具競(jìng)爭(zhēng)力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)型式是異步電機(jī)雙饋式機(jī)

30、組和永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)式機(jī)組，大部分機(jī)組多采取這兩種方式。</p><p>　　1.3.1 雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組</p><p>　　雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組就是采用交流勵(lì)磁雙饋異步發(fā)電機(jī)就是采用交流勵(lì)磁雙饋異步發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子通過(guò)變流器并網(wǎng)的一種恒頻機(jī)組。雙饋發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)是使用雙饋繞線式發(fā)電機(jī)，雙端口饋電，定子轉(zhuǎn)子相互切割磁感線并都可以發(fā)電。</p><p>　　1.3.2

31、 直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組</p><p>　　直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組[4]，即風(fēng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，也就是平時(shí)說(shuō)的無(wú)齒輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)，用電機(jī)和葉輪直接連接，減去了齒輪箱這一結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，避免了發(fā)生齒輪箱的故障。所以增加了發(fā)電機(jī)組的使用壽命，減小了機(jī)組的體積，提高了效率以及較少了維修成本，繼而較少了故障時(shí)間等。</p><p>　　發(fā)電機(jī)組采用了永磁發(fā)電技術(shù)[5]及變速恒頻技術(shù)兩種技術(shù)，這兩種

32、技術(shù)的采用提高了發(fā)電機(jī)組的效率，同時(shí)變速恒頻技術(shù)還能對(duì)其進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。 雖然這種方式具有一定的優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也存在著一些缺點(diǎn)和不足，例如，發(fā)電機(jī)組使用多極低速永磁同步發(fā)電機(jī)，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)直徑大，也就增加了制造成本。機(jī)組的設(shè)計(jì)容量的增大，也會(huì)給發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、加工制造等帶來(lái)許多棘手的麻煩。這些方面的困難還需要我們進(jìn)一步的去不斷努力克服，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一直改善，在保證其優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)盡量的減少其缺點(diǎn)。</p><p>　

33、　1.4雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 </p><p>　　1.4.1 雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu) </p><p>　　圖1-5雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　圖1-5所示的是雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電機(jī)[6]組結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)，風(fēng)能通過(guò)風(fēng)的形式帶動(dòng)風(fēng)力機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，而后風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，然后經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子傳遞給雙饋發(fā)電機(jī)，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，

34、經(jīng)過(guò)變頻器將電能并如電網(wǎng)。同時(shí)，電網(wǎng)、并網(wǎng)處母線電壓將各自信息實(shí)時(shí)反饋給轉(zhuǎn)子電氣控制部分，也反饋給槳距角控制機(jī)構(gòu)，槳距角控制機(jī)構(gòu)綜合風(fēng)速和反饋信息從而改變槳距角。在風(fēng)能捕捉方面，此種類型的風(fēng)電機(jī)組相比其他類型具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。而且此種風(fēng)電機(jī)組不需要?jiǎng)x車裝置來(lái)控制轉(zhuǎn)速，減少了機(jī)械摩擦和機(jī)械故障。本文主要研究風(fēng)速模型、風(fēng)力機(jī)模型這兩部分，對(duì)其數(shù)學(xué)建模并在Matlab軟件中Simulink環(huán)境下采取仿真，然后對(duì)仿真圖形進(jìn)行剖析。</p

35、><p>　　1.4.2 雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)電機(jī)原理</p><p>　　圖1-6 雙饋型異步發(fā)電機(jī)原理圖[7]</p><p>　　上圖1-6為雙饋異步發(fā)電機(jī)，在上圖中 為定子磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速， 為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速， 為轉(zhuǎn)子的電轉(zhuǎn)速， 為定子電流的頻率 為轉(zhuǎn)子的電流頻率。由電機(jī)學(xué)理論可知，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，定子與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)靜止，即</p><

36、p><b>　　（1-1）</b></p><p><b>　　因 及 ，故有</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　由上式中可以知道，當(dāng) 發(fā)生變化時(shí)，可以通過(guò)調(diào) 來(lái)保持定子輸出 的恒定，從而實(shí)現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行。</p><p>　　1

37、.5系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　仿真是伴隨著計(jì)算機(jī)發(fā)展而形成的一種實(shí)驗(yàn)研究的方法，一開始主要應(yīng)用于航空航天等少數(shù)領(lǐng)域，隨著時(shí)間的推移與技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)逐漸滲透到生活的各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　按照仿真實(shí)現(xiàn)形式的不同可以將仿真分為三種類型物理仿真、數(shù)學(xué)仿真、數(shù)學(xué)物理仿真或者混合仿真。</p><p>　　仿真技術(shù)的使用方便了我們分析事

38、物的可行性，優(yōu)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還可以通過(guò)再現(xiàn)故障發(fā)現(xiàn)其故障發(fā)生的原因，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。</p><p>　　系統(tǒng)仿真技術(shù)作為一種綜合性技術(shù)學(xué)科在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究等方面起著重要作用通過(guò)仿真技術(shù)可以有效地減少設(shè)計(jì)周期,同時(shí)也大大減少了設(shè)計(jì)時(shí)中的費(fèi)用。仿真技術(shù)已廣泛用于工程的廣大領(lǐng)域,并取得了極大的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益[8]。</p><p>　　所謂數(shù)字仿真[9]是指先建立比較系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

39、，然后再運(yùn)用計(jì)算機(jī)上對(duì)之前建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)行和分析的過(guò)程;數(shù)值求解則是仿真所采用的在計(jì)算機(jī)上求解數(shù)學(xué)模型的方法[10]。用比較通俗的話來(lái)描述，可以形象的把兩者比喻成小樹跟樹林。也就是說(shuō),所謂的仿真就是把模型用軟件在某種環(huán)境下運(yùn)行出來(lái)。</p><p>　　由此本文主要對(duì)風(fēng)速和風(fēng)力機(jī)在Matlab軟件中的Simulink環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。首先對(duì)單一風(fēng)速模型分別進(jìn)行建模與仿真，然后疊加為組

40、合風(fēng)速模型來(lái)模擬實(shí)際風(fēng)速并進(jìn)行仿真分析。</p><p><b>　　2 風(fēng)速模型與仿真</b></p><p>　　2.1 單一風(fēng)速模型與仿真</p><p>　　對(duì)于風(fēng)力而言，它是整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原動(dòng)力，風(fēng)力的變化影響著整個(gè)風(fēng)力機(jī)組的運(yùn)行狀況 ，所以為完成風(fēng)電系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)，需要對(duì)實(shí)際的風(fēng)場(chǎng)風(fēng)速情況進(jìn)行準(zhǔn)確有效的模擬。</p>

41、<p>　　2.1.1 基本風(fēng)速</p><p>　　由風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)所得的Weibull分布參數(shù)[11]近似確定</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中，為基本風(fēng)速，單位 ；、分別為威布爾分布的尺度和形狀參數(shù)； 為伽馬函數(shù)。</p><p>　　我們通常認(rèn)為基本風(fēng)速是固定

42、的，是不隨著時(shí)間而改變的。所以可以取為常數(shù)，由風(fēng)速與風(fēng)力等級(jí)的關(guān)系,選取清勁風(fēng)（即風(fēng)力等級(jí)為5級(jí)）作為基本風(fēng)速，即取8。</p><p>　　==8 （2-2）</p><p>　　大風(fēng)的基本風(fēng)速matlab代碼為</p><p>　　圖2-1基本風(fēng)速模型</p><p>　　其中 MATLA

43、B Function 為自定義函數(shù)，函數(shù)程序代碼:</p><p>　　function y = fcn(u)</p><p><b>　　y=5;</b></p><p><b>　　其仿真圖形輸出為</b></p><p>　　圖2-2 基本風(fēng)速仿真圖形</p><p>

44、　　2.1.2 陣風(fēng)風(fēng)速</p><p>　　有時(shí)風(fēng)速保持不變只是一種理想狀態(tài)，很難避免其突然變化，為此我們可以引入陣風(fēng)風(fēng)速，陣風(fēng)風(fēng)速對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其運(yùn)行的穩(wěn)定性研究有著十分重要的意義。陣風(fēng)風(fēng)速的基本模型如下：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式2-3中，為陣風(fēng)峰值，是其單位；為陣風(fēng)周期，單位為s；為陣風(fēng)來(lái)

45、的時(shí)間；t為時(shí)間。本文中=10，=10s, ；=2 s。</p><p>　　陣風(fēng)風(fēng)速matlab代碼為</p><p>　　圖2-3陣風(fēng)風(fēng)速模型</p><p>　　其中 MATLAB Function 為自定義函數(shù)，函數(shù)程序代碼:</p><p>　　function y = fcn(u)</p><p><

46、b>　　Gmax=10;</b></p><p><b>　　T1g=2;</b></p><p><b>　　Tg=10;</b></p><p>　　T2g=T1g+Tg;</p><p>　　if u<T1g||u>T2g;</p><p&g

47、t;<b>　　y=0;</b></p><p>　　else a=(u-T1g)/Tg;</p><p>　　b=cos(2*pi*a);</p><p>　　y=(1-b)*Gmax/2;u<=2||u>=12;</p><p><b>　　end</b></p>&

48、lt;p><b>　　其仿真輸出圖形為</b></p><p>　　圖2-4 陣風(fēng)風(fēng)速仿真圖形</p><p>　　由上圖2-4仿真圖形可以清楚地知道，陣風(fēng)風(fēng)速在時(shí)間t=2s時(shí)開始逐漸增大，在大約t=7s時(shí)風(fēng)速達(dá)到陣風(fēng)峰值10,之后風(fēng)速逐漸的減小，在t=12s時(shí)風(fēng)速降低為0，陣風(fēng)的變化過(guò)程結(jié)束。圖像顯示陣風(fēng)風(fēng)速的仿真圖形是一個(gè)近似對(duì)稱的拋物線，通過(guò)變化曲線的斜率

49、，我們可以知道陣風(fēng)的風(fēng)速的變化過(guò)程較為迅速，而迅速的變化對(duì)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生較大的影響，屬于各種風(fēng)速中波動(dòng)較大的因子。</p><p>　　2.1.3 漸變風(fēng)速</p><p>　　漸變風(fēng)速數(shù)學(xué)模型如下</p><p><b>　　或</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p

50、><p>　　上式中，為漸變風(fēng)速最大值，單位，為風(fēng)速漸變的開始時(shí)間； 是風(fēng)力逐漸變化的結(jié)束時(shí)間，為漸變風(fēng)保持的時(shí)間。 本文中 =10， =2，=4，=4。</p><p>　　漸變風(fēng)速的matlab代碼為</p><p>　　圖2-5漸變風(fēng)速模型</p><p>　　其中 MATLAB Function 為自定義函數(shù)，函數(shù)程序代碼:</

51、p><p>　　function y = fcn(u)</p><p><b>　　T1r=12;</b></p><p><b>　　T2r=14;</b></p><p><b>　　Tr=4;</b></p><p><b>　　a=T2r+

52、Tr;</b></p><p><b>　　Rmax=10;</b></p><p>　　if T1r<u && u<T2r;</p><p>　　y=Rmax*((u-T1r)/(T2r-T1r));</p><p>　　else if T2r<u && u

53、<a;</p><p><b>　　y=Rmax;</b></p><p><b>　　else y=0;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end </b></p><p>&l

54、t;b>　　其仿真輸出圖形為</b></p><p>　　圖2-6 漸變風(fēng)風(fēng)速仿真圖形</p><p>　　上圖2-6為漸變風(fēng)速的仿真圖形，由仿真圖像可已看出，漸變風(fēng)風(fēng)速的圖形在接近t=12s時(shí)開始迅速增加，并且斜率是恒定，在t=14s時(shí)達(dá)到峰值大小為10，并保持峰值的風(fēng)速恒定一段時(shí)間，一直持續(xù)到t=18s時(shí).漸變風(fēng)風(fēng)速迅速變化為0，并且所用的風(fēng)速減小時(shí)間十分短，但是峰值

55、的持續(xù)時(shí)間相比陣風(fēng)峰值的時(shí)間較長(zhǎng)，陣風(fēng)的峰值時(shí)間是瞬時(shí)的，而漸變風(fēng)峰值將持續(xù)一段時(shí)間，漸變風(fēng)速對(duì)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速變化也會(huì)造成較大的影響。</p><p>　　2.1.4 隨機(jī)風(fēng)速 </p><p>　　現(xiàn)實(shí)生活中，風(fēng)力的大小是隨時(shí)變化的，其大小極其不穩(wěn)定，為了更好的描述形容風(fēng)速變化的無(wú)規(guī)律性，我們可以用隨機(jī)風(fēng)VWN[12]來(lái)形容這一風(fēng)速。隨機(jī)風(fēng)速又稱噪聲風(fēng)速，貫穿于組合風(fēng)速的始終[13]。其數(shù)

56、學(xué)模型如下：</p><p><b>　　（2-5）</b></p><p>　　其中，為隨機(jī)風(fēng)的最大值，取1 ; (-1,1)是從-1到1之間的任意一隨機(jī)的數(shù)；為風(fēng)速波動(dòng)的平均距離，一般取0.5~2，這里取為2。</p><p>　　圖2-7隨機(jī)風(fēng)速模型</p><p><b>　　其仿真輸出圖形為：<

57、;/b></p><p>　　圖2-8 隨機(jī)風(fēng)速仿真圖形</p><p>　　由仿真圖形可知，隨機(jī)風(fēng)速在-1—1m/s之間隨機(jī)變化，是貫穿于風(fēng)速始末的噪聲風(fēng)速，這種噪聲風(fēng)速體現(xiàn)了實(shí)際風(fēng)速中的不穩(wěn)定性，是模擬實(shí)際風(fēng)速的不可缺少的因子。雖然隨機(jī)風(fēng)速變化幅值相對(duì)前面幾種風(fēng)速較小，但它始終存在，隨機(jī)風(fēng)速的隨機(jī)性也是造成風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速隨機(jī)變化的原因之一。</p><p>　

58、　2.2 組合風(fēng)速模型與仿真</p><p>　　綜合上述四種風(fēng)速描述，可組建組合風(fēng)速數(shù)學(xué)模型為</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　選定一個(gè)風(fēng)速周期為20s.</p><p>　　組合風(fēng)速的matlab模型見(jiàn)下圖：</p><p>　　圖2-9組合風(fēng)速模型<

59、/p><p><b>　　其仿真輸出圖形為</b></p><p>　　圖2-10 組合風(fēng)速仿真圖形</p><p>　　上圖為組合風(fēng)速的仿真圖形，通過(guò)組合風(fēng)速的仿真圖形可以知道，在一個(gè)風(fēng)速周期（T=20s）內(nèi)，陣風(fēng)、漸變風(fēng)先后作用，而基本風(fēng)速和隨機(jī)風(fēng)速貫穿于組合風(fēng)速的始終。在這一個(gè)風(fēng)速周期內(nèi)，陣風(fēng)風(fēng)速對(duì)組合風(fēng)速峰值的影響較大，這四種風(fēng)速的組合疊加

60、可以近似的模擬實(shí)際風(fēng)速，一個(gè)較為準(zhǔn)確的風(fēng)速模型對(duì)于風(fēng)力機(jī)的出力分析至關(guān)重要。</p><p>　　3 風(fēng)力機(jī)模型與仿真</p><p>　　3.1 風(fēng)力機(jī)及其模型</p><p>　　3.1.1 理想風(fēng)力機(jī)的功率輸出</p><p>　　任意控制體內(nèi)空氣質(zhì)量方程[14]如下所述：</p><p><b>　　

61、（2-7）</b></p><p>　　式中，m為空氣質(zhì)量，單位為kg；v為x方向速度，單位 ；U代表動(dòng)能，單位為J；A代表流道截面面積，單位為 ; 代表空氣密度，單位為 ，x代表該控制體內(nèi)空氣沿流動(dòng)方向的厚度，單位為m。</p><p>　　假設(shè)該控制體內(nèi)的一條邊以速度v沿x軸流動(dòng)，另一邊則固定在原點(diǎn)，則可以看出隨著x的增加，整個(gè)空氣的質(zhì)量在增加，從而其動(dòng)能也在增加。<

62、/p><p>　　風(fēng)功率P則是動(dòng)能對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，計(jì)算表達(dá)式如下：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中， 代表空氣密度，單位為 ；A代表流道截面面積，單位為 ；v為x方向速度，單位 。</p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)，通常用未受到擾動(dòng)的來(lái)流速度 和風(fēng)輪掃過(guò)的面積 來(lái)表示理想風(fēng)力機(jī)所吸

63、取的能量，表達(dá)式如下：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　系數(shù) =0.593被稱為貝茲（Betz）系數(shù),它表明對(duì)于任何風(fēng)力機(jī)來(lái)說(shuō)，最多只能吸取59.3%來(lái)流的動(dòng)能，這里的來(lái)流是指速度為未受擾動(dòng)流速度，流通面積為風(fēng)輪的掃風(fēng)面積。對(duì)于實(shí)際中的風(fēng)力機(jī)來(lái)說(shuō)，由于風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)機(jī)械摩擦等方面的原因，從風(fēng)中吸取的功率比這還會(huì)低。通常在最優(yōu)條件下，該比

64、例為35%-40%，也有一部分能到達(dá)50%左右。當(dāng)風(fēng)力機(jī)吸取的功率為來(lái)流的40%時(shí)，也就意味這其達(dá)到了理想條件下風(fēng)力機(jī)的2/3 左右水平?？紤]到風(fēng)速和方向的變化以及葉片表面的摩擦等因素，這已經(jīng)是較為理想的結(jié)果。</p><p>　　3.1.2 實(shí)際風(fēng)力機(jī)的功率輸出</p><p>　　通常用功率系數(shù) 來(lái)表示實(shí)際風(fēng)力機(jī)從風(fēng)中所吸取功率的比例。得到如下形式：</p><p&

65、gt;<b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中，R表示風(fēng)輪半徑，單位為m，V代表風(fēng)速，單位 ; 代表空氣密度，單位為 .</p><p>　　尤為需要注意的是功率系數(shù)并不是常數(shù)。通?？梢詫⒐β氏禂?shù) 表示成葉尖速比 和槳距角 的函數(shù)。其中葉尖速比的表達(dá)式如下[15]：</p><p><b>　?。?-2）</b&

66、gt;</p><p>　　式中， 為風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，單位為 ; 代表來(lái)流風(fēng)速，單位為 .</p><p>　　當(dāng)風(fēng)速一定時(shí)，風(fēng)力機(jī)機(jī)械功率的大小取決于 的大小。 與槳距角 、葉尖速比 構(gòu)成非線性關(guān)系[16]。其數(shù)學(xué)關(guān)系式為</p><p><b>　?。?-3） </b></p><p><b>　　

67、其圖像為</b></p><p>　　圖3-1 與、的關(guān)系 圖像</p><p>　　從圖像中可以看出，槳距角 在9°左右，葉尖速比 在7左右，其功率轉(zhuǎn)換系數(shù) 可取得0.4-0.5。</p><p>　　3.1.3 實(shí)際風(fēng)力機(jī)功率輸出模型</p><p>　　綜合以上論述，可得實(shí)際風(fēng)力機(jī)的功率輸出模型示意圖如下<

68、/p><p>　　圖3-2 實(shí)際風(fēng)力機(jī)功率模型示意圖</p><p>　　從輪轂到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的機(jī)械傳動(dòng)部分，可以近似用一屆慣性環(huán)節(jié)來(lái)描述，如式所示</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中，為機(jī)械傳動(dòng)部分的時(shí)間常數(shù)，單位s；為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的機(jī)械轉(zhuǎn)矩， 為風(fēng)力機(jī)末端軸上的 機(jī)械轉(zhuǎn)矩，為：&

69、lt;/p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　由于本文研究對(duì)象為雙饋?zhàn)兯俸泐l發(fā)電機(jī)組中的風(fēng)速模型和風(fēng)力機(jī)模型，因此風(fēng)力機(jī)槳距角的類型為變槳距角，并由控制機(jī)構(gòu)控制以配合風(fēng)速變化?？刂茩C(jī)構(gòu)在本文中非重點(diǎn)研究對(duì)象，可將其對(duì)槳距角的控制從外部視為功率系數(shù) 維持在一個(gè)較高的值附近，這在實(shí)際操作中是可以實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)這對(duì)提高風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能的效率具有極為重要的

70、意義。由此可將功率系數(shù)簡(jiǎn)化為一個(gè)定值， [13]。</p><p>　　其風(fēng)力機(jī)的MATLAB代碼為：</p><p><b>　　圖3-3風(fēng)力機(jī)模型</b></p><p>　　上圖中zuhefengsu為組合風(fēng)速的子系統(tǒng)封裝，如下所示</p><p>　　圖3-4組合風(fēng)速模型</p><p>

71、;　　Pm為風(fēng)力機(jī)功率輸出的數(shù)學(xué)模型：</p><p><b>　?。?-6） </b></p><p>　　其Matlab程序代碼為</p><p>　　function y = fcn(u)</p><p><b>　　a=1.205;</b></p><p><

72、b>　　R=25;</b></p><p><b>　　Cp=0.45;</b></p><p>　　y=0.5*a*R^2*u^3*Cp;</p><p>　　其風(fēng)力機(jī)功率輸出仿真圖形為 </p><p>　　圖3-5 風(fēng)力機(jī)功率輸出仿真圖形</p><p>　　3.2

73、風(fēng)力機(jī)仿真結(jié)果分析</p><p>　　上圖3-5為風(fēng)力機(jī)功率輸出的仿真圖形，由上圖可知，在一個(gè)風(fēng)速周期內(nèi)即T=20s,風(fēng)力機(jī)功率的輸出功率隨著時(shí)間不斷發(fā)生變化，功率的最高值可以達(dá)到4500Kw。把功率輸出圖形與組合風(fēng)速仿真圖形相比較，風(fēng)力機(jī)的功率輸出圖形的變化趨勢(shì)與風(fēng)速仿真變化的趨勢(shì)基本一致，這也證實(shí)了變速恒頻風(fēng)電機(jī)組中風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的變化而變化，其功率自然也隨著風(fēng)速而變化。與傳統(tǒng)的恒速風(fēng)電機(jī)組相對(duì)比，變速

74、恒頻風(fēng)電機(jī)組對(duì)風(fēng)能的捕獲效率明顯增高，可以凸顯出風(fēng)能高效利用的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)變速恒頻風(fēng)電機(jī)組中沒(méi)有機(jī)械恒速控制裝置，減少了故障率和機(jī)械摩擦，在提高可靠性的同事也降低了制造成本，一舉兩得。有了這一優(yōu)勢(shì)，未來(lái)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展方向?qū)⑴c變速恒頻風(fēng)電機(jī)組密切相關(guān)。</p><p><b>　　4 結(jié)論與展望</b></p><p>　　本論文的寫作目的在于建立基于Matlab/Sim

75、ulink環(huán)境下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中風(fēng)速和風(fēng)力機(jī)模型的運(yùn)行仿真,介紹了風(fēng)速模型在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中的重要意義，并采用組合風(fēng)速模型將各種自然風(fēng)速進(jìn)行建模，仿真結(jié)果良好的描述了風(fēng)速的規(guī)律性、隨機(jī)性的特點(diǎn)，說(shuō)明了組合風(fēng)速不僅能良好的反應(yīng)自然風(fēng)速的特性，避免風(fēng)速模型計(jì)算的復(fù)雜性，并且通過(guò)有針對(duì)性的考驗(yàn)了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在不同風(fēng)速時(shí)的性能，為實(shí)驗(yàn)室風(fēng)力發(fā)電的研究提供了理論基礎(chǔ)。通過(guò)模擬現(xiàn)實(shí)中風(fēng)力機(jī)運(yùn)行情況，不斷地改進(jìn)缺點(diǎn)，為風(fēng)力發(fā)電的更好更快地發(fā)展起到了十分

76、重要的作用，為更大容量、更高效率并且更加經(jīng)濟(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)現(xiàn)提供實(shí)驗(yàn)?zāi)M基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，主要的發(fā)電技術(shù)由火力發(fā)電、水力發(fā)電、核發(fā)電跟風(fēng)力發(fā)電?；痣娨蕾囉诨茉?，水電也存在著建造費(fèi)用高，發(fā)電容量小的缺點(diǎn)，至于核電也存在著核輻射的不足。相比之下風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢(shì)比較明顯，相信用不了多久風(fēng)力發(fā)電將會(huì)成為為人類供應(yīng)電能的主要力量。</p><p>　　論文的研究總結(jié)如下：</p><p>　　1.課

77、題進(jìn)行前，對(duì)這方面的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀的了解比較少，也比較模糊，所以在圖書館查閱了大量的相關(guān)的參考文獻(xiàn)，了解了該項(xiàng)目的國(guó)內(nèi)外技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，充分認(rèn)識(shí)到了風(fēng)力發(fā)電這一可再生能源所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)與發(fā)展?jié)摿?，同時(shí)也感受到風(fēng)力發(fā)電近幾年在各國(guó)的迅猛發(fā)展。總之，利用風(fēng)能這一不盡的資源進(jìn)行發(fā)電，再加上其技術(shù)成熟的巨大優(yōu)勢(shì)，因此風(fēng)力發(fā)電的地位是其他可再生能源無(wú)法替代的。</p><p>　　2. 當(dāng)今社會(huì)，世界經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，隨之越來(lái)越

78、多的企業(yè)產(chǎn)生并隨之壯大，人民的生活水平也不斷的提高，伴隨著生活水平的進(jìn)步必定造成人們的生產(chǎn)生活所用電量也快速上漲。風(fēng)能憑借著它永不枯竭的優(yōu)點(diǎn)迅速的被世界各國(guó)所認(rèn)可并迅速發(fā)展起來(lái)。</p><p>　　3．對(duì)機(jī)組類別的研究可知當(dāng)前主要存在雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組這兩種風(fēng)電機(jī)組，而其中雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是目前風(fēng)能利用效率最高的機(jī)組之一。其較高的風(fēng)能利用效率使其具備無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也使技術(shù)面

79、臨著更高層次的挑戰(zhàn)。相信雙饋?zhàn)兯俸泐l發(fā)電機(jī)組將會(huì)成為風(fēng)電領(lǐng)域的主流機(jī)組。</p><p>　　4.參考風(fēng)速理論模型，利用其數(shù)學(xué)模型在Matlab/Simulink環(huán)境下進(jìn)行風(fēng)速仿真。首先對(duì)其單一風(fēng)速進(jìn)行各自仿真并輸出仿真圖像進(jìn)行分析，然后將單一風(fēng)速組合成組合風(fēng)速來(lái)模擬實(shí)際當(dāng)中的風(fēng)速。對(duì)組合風(fēng)速的輸出圖像進(jìn)行分析可知其能較為正確的反映實(shí)際的風(fēng)速情況，為我們今后開發(fā)研究更有效便捷的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。<

80、;/p><p>　　總之，風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)十分重要并且較為迫切的話題，怎樣更有效的開發(fā)和利用風(fēng)能必將成為今后能源方面的一個(gè)重要的問(wèn)題，因此，這就要求要有更多的人力資源投入到風(fēng)能這一新能源的開發(fā)中去。為世界的高速發(fā)展提供能量，為環(huán)境的污染減輕壓力，在為我們這代人自身發(fā)展的同時(shí)也為子孫后代造福。我們國(guó)家雖然在風(fēng)力發(fā)電這一方面已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但是相比西方的一些發(fā)達(dá)國(guó)家還是存在著較為明顯的差距，因此我們應(yīng)該在保持自身技術(shù)

81、快速發(fā)展的同時(shí)積極的學(xué)習(xí)和引進(jìn)先進(jìn)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，只有這樣我們才能真正的成為世界上的“能源”大國(guó)。新世紀(jì)的年輕人，必須擔(dān)起這一重任，為國(guó)家、為子孫、更是為自己貢獻(xiàn)自己的一份綿薄之力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]S M Muyeen,Junji Tamura.Stability Augmentationof a Grid-

82、connected Wind Farm.Machine Press,2011.1-2.</p><p>　　[2]王化玉.我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力及影響因素研究.江南大學(xué)碩士學(xué)位論文,2014,18-19.</p><p>　　[3] 包耳, 胡紅英. 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r與展望[J].大連民族學(xué)院學(xué)報(bào), 2011, 13(l): 1.</p><p>　　[4]張?jiān)溃貘P

83、翔.直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2009,13（1）：2-3.</p><p>　　[5]夏長(zhǎng)亮. 永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其功率變換技術(shù)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2012,27(11):2-4.</p><p>　　[6]王峰,鄭旺,朱威，等.變速恒頻無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的仿真研究[J].變頻器世界,2011（11）：1-3.</p><p>　　

84、[7]Morren J, Pierik J T G, Haan SWH de. Fast Dynamic Modelling of Direct-drive Wind Turbines[C]. in Proc PClM Europe 2004, N mberg, Germany 2004:25-27.</p><p>　　[8]習(xí)培玉.風(fēng)電機(jī)組全程運(yùn)行仿真研究.華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.</p&g

85、t;<p>　　[9]徐庚寶,曾蓮芝.數(shù)字仿真術(shù)語(yǔ)集[J].2014,31（2）:1.</p><p>　　[10]定宇,陳陽(yáng)泉.基于MATLAB/simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用[J].機(jī)械工業(yè)出版社,2002.38-44.</p><p>　　[11]陳繼傳,段巍,葉芳.風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)頻weibull分布參數(shù)的估計(jì)方法研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2011(3):1-2.&l

86、t;/p><p>　　[12] 楊之俊. 基于Matlab 的組合風(fēng)速建模與仿真[J]. 安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 2008(9): 74-77</p><p>　　[13]申洪.變速恒頻風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行模型研究及其應(yīng)用[J].中國(guó)電力科學(xué)研究院，2003.</p><p>　　[14]杜明慧.變轉(zhuǎn)速風(fēng)力機(jī)整機(jī)性能研究及軟件開發(fā).碩士學(xué)位論文，汕頭大學(xué),2005.

87、</p><p>　　[15] 金邵鵬. 對(duì)具有最大功率點(diǎn)跟蹤控制的混合發(fā)電系統(tǒng)的研究[J].科技與企業(yè)，,2013.347.</p><p>　　[16]孫建峰.風(fēng)電場(chǎng)建模和仿真研究.碩士學(xué)位論文，清華大學(xué),2004.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　光陰荏苒，四年的大學(xué)時(shí)代馬上過(guò)去，在論

88、文的寫作期間，或大或小的遇到了許多問(wèn)題。比如，自己相對(duì)于風(fēng)力發(fā)電的原理及概念了解的比較模糊，而手頭上關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的現(xiàn)有資料較少，圖書館內(nèi)的書目更是屈指可數(shù)，并且大部分的東西都是重復(fù)的，由此對(duì)論文的寫作造成不小的困難。除此之外，我認(rèn)為最大的困難是對(duì)于軟件的熟練使用，雖然之前有接觸過(guò)matlab這一軟件，但對(duì)其掌握的熟練程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此我又重點(diǎn)學(xué)習(xí)了Simulink部分，通過(guò)借閱參考書邊學(xué)習(xí)邊用軟件進(jìn)行模擬仿真，當(dāng)然在最后的出圖上還

89、是遇到了困難，通過(guò)求助同學(xué)得到了解決。通過(guò)寫這篇論文，這讓我感到掌握專業(yè)性軟件的是科學(xué)研究最基礎(chǔ)的支持。因此有效的利用技術(shù)軟件將為我們的工作生活提供十分便利的條件。</p><p>　　在此，我要由衷的感激我的指導(dǎo)教師張傳洋老師，在論文的寫作過(guò)程中給予了悉心指導(dǎo)和熱心幫助，使我能夠合理的安排時(shí)間，進(jìn)行論文的寫作工作，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)。同時(shí)也十分感謝指導(dǎo)MATLAB軟件使用的同專業(yè)學(xué)長(zhǎng)與同學(xué)，在我有不懂的地方