《基于MATLAB的风机控制系统仿真》.docVIP

基于MATLAB的风机控制系统仿真目 录 一 引言 4 1.1研究目的和意义 4 1.2风机控制系统国内外研究现状 4 1.3现阶段风机控制系统存在的问题 5 1.4研究计划以及结构安排 6 二 MATLAB软件在风机控制系统仿真中的应用 6 2.1 MATLAB软件 6 2.2 MATLAB软件的使用流程 6 2.2.1 运行体系结构图 6 2.2.2 流程结构图 7 2.3 MATLAB软件对风机控制系统仿真 7 2.3.1 构建控制系统数学模型 7 2.3.2 控制系统类型的路径和分析的实现 8 2.4 MATLAB/SIMULINK环境下的仿真 8 2.5本章小结 9 三 风力发电机多域物理建模及系统仿真 9 3.1风力发电机基本构造 9 3.2变桨距调整与控制 12 3.2.1叶片与变桨距连杆（SimMechanics） 13 3.2.2变桨作动器设计 13 3.3偏航调整与控制 15 3.3.1偏航调整（SimDriveline,SimElectronics） 15 3.4发电 16 3.4.1发电机(SimPowerSystems) 17 3.5风载荷模拟与柔性体建模(EmbeddedMATLAB,SimMechanics) 18 3.6监测系统控制(Stateflow) 20 3.7本章小结 22 四 MATLAB软件对风机控制系统进行仿真的策略 22 4.1风力机模型的研究 22 4.2仿真过程、结果和分析 25 4.2.1仿真过程 25 4.2.2 结果和分析 26 4.3本章小结 26 五 总结与展望 26 5.1主要工作与创新点 26 5.2不足与展望 27 参考文献 27 附 录 28 1.风机模型仿真程序： 28 2.空气动力学基础 31 致谢 33 ABSTRACT 34 基于MATLAB的风机控制系统仿真摘要：近年来，鉴于风力发电在新的可再生能源方面的发展前景，使得风力发电的研制在世界范围内获得了蓬勃发展。风能利用效率的提高和风电品质的改善已成为世界各国对风力发电研究的重点。本文针对风力发电机对风能利用的效率问题，进行了基于MATLAB的风机控制系统仿真的研究。论文论述了风力发电机对风能利用效率提高的相关问题和实现方法。首先，在对永磁风力发电机的基础理论进行论述的基础上，分析变转速、变桨距控制，建立了一系列有关的物理方程；其次，基于Matlab/simulink建立风力发电机模型，通过对风机控制系统仿真分析最大功率跟踪和变桨距控制下发电机的性能。基于Matlab/simulink建立风力发电机模型，从而来对风机控制系统进行仿真，仿真结果显示可以通过改变风力发电机的桨距角和风轮转速来提高风力发电机对风能的利用效率。 关键词：风机控制系统；MATLAB；仿真 一 引言 1.1研究目的和意义 自从20世纪80年代以来，基于一次能源的日益枯竭和环境保护的考虑，世界各国都把开发新的可再生能源作为新能源发展方向。风能作为一种用之不竭、清洁的可再生能源，利用风能来发电已成为当今世界发展最快的一种新能源。 风能在近期内是最有前景的可再生能源，许多国家都制定了开发利用风能的发展规划，促进新技术的研究和鼓励市场的开拓。目前国际上对新的发电能力的需求可以分为截然不同的两类：一类是受到环境保护的压力，要求提供更清洁的发电方式，另一类是经济增长需要新的发电能力．风机的控制系统是风机的重要组成部分，它承担着风机监控、自动调节、实现最大风能捕获以及保证良好的电网兼容性等重要任务，它主要由监控系统、主控系统、变桨控制系统以及变频系统(变频器)几部分组成。各部分的主要功能如下：?监控系统(?SCADA)：监控系统实现对全风场风机状况的监视与启、停操作，它包括大型监控软件及完善的通讯网络。?主控系统：主控系统是风机控制系统的主体，它实现自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、故障自动停机、自动电缆解绕及自动记录与监控等重要控制、保护功能。它对外的三个主要接口系统就是监控系统、变桨控制系统以及变频系统(变频器)，它与监控系统接口完成风机实时数据及统计数据的交换，与变桨控制系统接口完成对叶片的控制，实现最大风能捕获以及恒速运行，与变频系统(变频器)接口实现对有功功率以及无功功率的自动调节。 我国在这一技术领域的起步较晚，尤其是对兆瓦级以上大功率机组变速恒频控制技术的研究，更是最近几年的事情，这比风机技术先进国家要落后?20?年时间。例如海上风电场。一般认为2.0MW是陆上风电场发展的极限。巨型风电机其桨叶长度将达到60－70m，陆上运输极为困难，安装用的吊车容量将超过1200－1400t，大部分地区不具备这个条件。因噪声和庞大的体积使陆上选址及运输遭遇很大困难。而这些问题对于海上风电来说相对