基于MatlabSimulink的风力机特性仿真

  ：本文选择参考文献2中的风能的功率系数Cp做多元化的分析，采用遗传算法进行上限功率系数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，实现风力机的上限功率捕捉，得到风力机的静态仿真波形。

  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做多元化的分析，采用遗传算法进行上限功率系数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，实现风力机的上限功率捕捉，得到风力机的静态仿线 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，以此来实现最大风能跟踪。因为变速系统成本在大型风力发电机组中占得比例小，所以今后全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

  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线 变速风力机基本特性

  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，

  2.1 上限功率系数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

  在合适的范围，这样就能得到风力机上限功率系数 ，从而变速风力机能捕获到上限功率。由于(1)中的式子很复杂，才用直接计算法很难求得C

  λ。为了验证使用遗传算法计算的结果可不可靠，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Cpmax和λ一致。图3是对本文中Cpmax和λ的计算结果，得到当λ=6.325时，Cpmax=0.442.2Cpmax和风机性能的matlab模型

  p(λ,β)模型如图4所示。对Cpmaxmatlab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ω

  p、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线 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模块中，变速风力发电机组的仿真整体matlab模型如图6所示。3 仿线模型进行仿线的变速风力发电机进行matlab/Simulink仿线，风力机的桨距角

  =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C

  ，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，实现风力机的上限功率捕捉，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《电子科技类产品世界》2018年第10期第68页，欢迎您写论文时引用，并标注明确出处。