基于MATLAB的风机控制系统仿真(胡元平20062341044).doc

摘要 引言 1.1 本文研究目的和意思 1.2 风机控制系统国内外研究现状 1.3 现阶段风机控制系统存在的问题 1.4 本课题的研究计划 1.5 本文的研究内容及结构安排 MATLAB软件应用分析 MATLAB软件的应用 MATLAB软件的使用流程 MATLAB/SIMULINK环境下的仿真 本章小结 风力发电机的物理建模与仿真 变桨距调整与控制 偏航调整与控制 发电 风载荷模拟与柔性体建模 监测系统控制 本章小结 仿真研究 风力机模型的研究 仿真过程、结果和分析 本章小结 总结与展望 主要工作与创新点 不足与展望 参考文献 致谢 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对风机控制系统的仿真结果，证明了可以通过改变风力发电机的一些相关因素来提高风力发电机对风能的利用效率。 本研究的目的和意义： 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． 风机控制系统国内外研究现状： 我国风电场运行的主力机组大都是600(660)kW级的风力发电机，但从国外发展情况来看，MW级大型风力发电机组已是欧美各国制造厂竞相发展的方向，1MW~2MW机组技术上已成熟，并投入商业化运行，在实际应用中日益普及。随着风电的发展，风电场规模和单机容量越来越大，加上陆上风电场受环境因素的制约，人们很自然把目光放到风能利用效率上去。国外研制的大容量风力发电机，为了提高风能利用效率，对风机控制系统采用了一系列的研究和改善（将智能控制技术应用于变桨距控制领域等）。为了跟上时代不断更新进步的步伐，对风能利用（风力发电机）的不断探索完善，我国也在风机控制系统研究方面投入了大量人力和物力。基于MATLAB对风机发电机进行物理建模与仿真，可以便于我们对风机控制系统进行系统的研究。我们可以从中分析变桨距调整与控制，偏航调整与控制，发电机监测系统控制等方面，以便我们了解风能利用效率有关的一系列因素，从而进一步在前人的基础上进行优化，使风能利用效率得以提高。 图1.1 国内率先研制开发200千瓦风力发电机 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比较容易解决，海上运输方便且超过1500t的浮吊已比较普遍，更重要的是，海上风速大且稳定，年平均利用小时可达3000h以上，年发电量可比陆上高出50%。随着风电机单机容量的不断增大，为了便于运输和吊装，要求风电机在结构设计上做到紧凑、柔性和轻盈化，特别是其顶部结构设计[2]。 我国并网型风力发电技术在80年代中期开始进行试验、示范。经过十多年的努力，现逐步转向规模开发。到1996年底，在全国风能资源丰富的9个省(自治区)已经建设了16个风电场，共安装单机容量30～600千瓦风电机225台，总装机容量从1990年的4000千瓦增加到5．7万千瓦，1996年新增风电装机容量1．9万千瓦，年增长超过50％。1997年预计可完成风电装机11万千瓦，面临一个大的发展。 近年来，新能源发电工作得到国家的积极鼓励和支持。《电力法》明确规定。国家鼓励和支持利用可再生能源和清洁能源发电”。八届人大四次会议批准的我国经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要中也提出“积极发展风能、海洋能、地热能等新能源发电”。为了支持风力发电，电力部制定了《风力发电场并网运行管理规定》，明确了风电上网及电价确定的原则。一些地方的政府部门也