失速型风力发电机的建模与仿真研究

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1、第29卷第2期计算机仿真2012年2月文章编号：1006—9348(2012)02—0323—05失速型风力发电机的建模与仿真研究张晓峰1，金鑫2(1．重庆广播电视大学，重庆400052；2．重庆大学机械学院，重庆400044)摘要：研究风力发电机系统优化控制问题，对风力发电进行设计，应通过风能带动发电机发电。但风力发电机组模型存在高阶、非线性问题，考虑因素很多。传统方法缺乏总体性能分析。为解决上述问题，建立了包括风力发电机组气动性能、传动系统部分和感应电机部分的～种新的较完善的失速型风力发电机组的动态数学模型。应用在MATLAB软件上，以数学模型为基础搭建了失速型风力发电机组数字仿真模型。

2、并以稳态风速和动态风速为例，对600千瓦失速控制型风力发电机组进行了仿真计算。试验结果表明模型的正确性，为风力发电机组的进一步优化设计和优化控制等均提供了科学依据。关键词：风力发电机组；动态特性；叶素动量理论；仿真中图分类号：TK8文献标识码：BStudyonModelingandSimulationofStalledWindTurbineZHANGXiao—fen91”．JINXin2(1．ChongqingRadio&TVUniversity，Chongqing400052，China；2．CollegeofMechanicEngineer，ChongqingUniversity，Cho

3、ngqing400044，China)ABSTRACT：Thesystemmodelisbasicfordesignandanalysesofwindturbines．Themodelrelatestomanyfactors，suchashishorderandnonlinear．Abetterdynamicnonlinearmodelofstalledwindturbinewaspresentedandthemodelincludedaeroperformanceofwindturbine，transmissionsystemandinductionmotor．Basedonthemode

4、ls，asimulationtoolofstalledwindturbinewasdevelopedbyusingsimulinkoftheMATLAB．Thentakingthesteady—stateofwindspeedanddynamicofwindspeedasexamples，theanalysesofa600kwwindturbinewerecarriedout．Theresultsofcalculationshowthemodeliscorrectandvaluabletooptimizedesignandcontrolofstalledwindtur-bine．KEYWOR

5、DS：Windturbines；Dynamiccharacteristic；Bladeelementmomentumtheory；Simulation1引言风能源发电技术在世界范围内有了长足的进步，我国的风能资源丰富，风力发电作为一种绿色的可再生能源具有巨大的开发价值。大型风力发电机组系统的建模是对系统进行性能分析的前提条件。如何建立一个最优的风力发电机组的模型，对高阶的、非线性的、病态的模型如何简化，是风力发电机组建模重要研究的问题⋯-[⋯。国内外对风力机仿真的方法进行了研究，其重点是考察模型的转矩／转速、或局部强度有限元基金项目：国家自然科学基金(51005255)；教育部高等学校博士学

6、科点科研基金项目(20090191120005)；重庆市自然科学基金(CSTC2008BB6316)收稿日期：2011—03—04修回日期：2011—05—06分析、或转动模态分析口卜¨1，但并未从总体性能上进行分析。本文研究风力发电机组的原理，从总体性能上分析，建立了一种新的较完善的风力发电机组系统动态仿真模型，它包括风力发电机组气动性能模型、传动系统模型和感应电机模型。模型中将叶素动量理论、状态空间法应用于风力发电机组的数学模型的建立中，同时考虑了风力发电机组各个部件的相互耦合作用关系，较准确的描述了风力发电机组的工作过程。最后，应用MATLAB软件中的simulink环境，以已建立的数

7、学模型为基础建立了失速型风力发电机组数字仿真模型，对某失速型控制600千瓦风力发电机组进行了仿真计算，试验结果表明了该模型的正确性，这对风力发电机组的进一步优化设计、优化控制等均具有指导意义。’．．，——323．．-——2风力机系统模型风力发电机组通过风轮捕获风能，捕获的风能带动风轮转动，通过传动系统带动电机发电。风轮的转速除了同风速有关外，还和电机有关，整个工作过程，是一个相互耦合的非线性关系。风力发电机组