1、實驗一：風力發電機組的建模與仿真姓名： 學號:一、實驗目標：1能夠對風力發電機組的系統結構有深入的了解。2能熟練的利用 MATLAB軟件進行模塊的搭建以及仿真。3對仿真結果進行研究并找出最優控制策略。二、實驗類容：對風速模型、風力機模型、傳動模型和發電機模型建模，并研究各自控制方法及控制策略；如對風力發電基本系統，包括風速、風輪、傳動系統、各種發電機的數學模型進行全面 分析，探索風力發電系統各個部風最通用的模型、包括了可供電網分析的各系統的簡單數學模型，對各個數學模型，應用MATLAB軟件進行了仿真。三、實驗原理：風力發電系統的模型主要包括風速模型、傳動系統模型、發電機模型和變槳距模型， 下文

2、將從以上幾方面進行研究。1、風速的設計自然風是風力發電系統能量的來源，其在流動過程中，速度和方向是不斷變 化的，具有很強的隨機性和突變性。本文不考慮風向問題，僅從其變化特點出發， 著重描述其隨機性和間歇性，認為其時空模型由以下四種成分構成：基本風速Vb、陣風風速Vg、漸變風速Vr和噪聲風速V。即模擬風速的模型為:V=Vb+Vg+Vr +Vn(1-1)(1).基本風 Vb=8m/sScopeStep基本風仿真模塊(2 )陣風風速VgVcos0tt1gt1g tt1gTgt t1gTg(1-2)式中:vcosG max2ttig1 cos2 ( 上) T T g g(1-3)t為時間，單位 s；

3、T為陣風的周期,單位s； Vcos，Vg為陣風風速，單位 m /s ； tig為陣風開始時間，單位S ； Gmax為陣風的最大值,單位m/s。9秒，陣風周期為 6秒，陣風本例中，陣風開始時間為3秒，陣風終止時間為最大值為6m/s。Cons tanti(3)漸變風速V漸變風用來描述風速緩慢變化的特點，其具體數學公式如下:0tt1 rVrVrampt1rtt2r(1-4)0tt2r式中：VrampRmax1tt2r(1-5)t1 rt2rtir為漸變風開始時間，單位s；t2r為漸變風終止時間，單位s ； Vr，Vramp為不同時刻漸變風風速，單位m/s ； Rmax為漸變風的最大值，單位m/s。選

4、擇一個隨機噪聲模塊就可以(5)風速 V 叫+Vg+Vr+VnCons tantl2、風力機模型的建立風力機從自然風中所索取的能量是有限的，其功率損失部分可以解釋為留在尾流中的旋轉動能。能量的轉化將導致功率的下降，它隨所采用的風力機和發電機的型式而異，因此，風力機的實際風能利用系數Cp。風力機實際得到的有用功率為：Ps 0.5 R2vWCp ,(2-1)而風輪獲得的氣動扭矩為：32Tr 0.5 R VwCT ,(2-2)其中：Ps表示有用功率，單位為w ；表示空氣密度，單位為Kg/m ； R表示風輪轉動半徑，單位為m ； Vm表示風速，單位為 m/s ； Cp表示風能利用系數；Ct表示氣動轉矩系

5、數；并且有：Cp ,Ct,(2-3)R Vw稱為葉尖速比；為風輪角速度，單位為rad/s。(1) Cp的搭建(2)風力機的搭建(包含風力機實際得到的有用功率Ps，風輪獲得的氣動扭矩 Tr )3、傳動系統模型的建立：本實驗在分析傳動系統機理的基礎上，建立系統的剛性軸模型。剛性軸模型認為傳動系統是剛性的，即低速軸， 增速齒輪箱傳動軸， 高速軸都是剛性的。 忽略風輪和發電機部分的 傳動阻尼，最后可得傳動系統的簡化運動方程為:Jr n2Jg -Tr nTgg dtg其中:Jr為風輪轉動慣量，單位 Kgm2 ； n為傳動比；Jg為發電機轉動慣量，單位 Kgm2 ；Tg為發電機的反轉矩，單位 Nm。并且：

6、(3-2)g為發電機轉速，單位rad/s。Con sta nt2傳動系統仿真模塊4、發電機模型的建立：本實驗只建立發電機的模型，而忽略變頻裝置。發電機的反扭矩方程為:Te2 'gmiU 1 r2, 2”C1 厲 1g 1r1g 1(4-1)X1C1X2(4-2)其中:g為發電機極對數； m1為相數；U1為電壓；G為修正系數；G為發電機的當量轉速;為發電機轉子轉速;1為發電機的同步轉速； r1，X1分別為定子繞組的電阻和漏抗;r2 , x2分別為歸算后轉子繞組的電阻和漏抗，單位為Q。發電機反扭矩仿真模塊4、所有模塊鏈接Cons tant3四、實驗結果與分析:1風速仿真結果基本風速匚024

7、t.e1012時間単位西漸變風速V隨機噪聲風速30024C01012時間單位忌Tirrte q ffset; 0總的風速模型2、風力機仿真結果Pc仿真波形FS的仿真波形K10口Time o TTset: oTr的仿真波形3、傳動系統仿真結果Wr的仿真波形4、發電機仿真結果U1仿真波形 rr Qfct oWG仿真波形10121200115011001050T10009509008600Te的仿真波形5、風力機組模型仿真結果W的仿真波形風速、輸出功率波形都在上面給出波形了，這里不再給出。6、結果分析（1）由上圖可知系統輸出的功率波形與輸入的風速有關，由于系統中存在噪聲所以輸出 地功率存在很大的噪聲

8、，風輪機和發電機的輸出功率遠遠大于額定輸出功率。（2）輸出地角速度在一段時間后趨于穩定狀態。角速度沒有太大的沖擊變化，對硬件機 器的損壞很小。（3） 功率系數圖可以看出，風能利用系數比較低，基本運行在以下，必會造成風能的 極大浪費。（4） 風輪轉速基本一直運行在s以下，而文章的風輪額定轉速為min，即s。在此種情況下，風輪轉速遠遠低于額定轉速，從而必定導致發電量不足，發電效率低下。五、實驗心得通過本次的學習對風機發電機有利一定的了解，風力發電的優勢不需要燃料、不占耕地、沒有污染，運行成本低。；風力發電產業發展前景非常廣闊，為風力發電沒有燃料問題，也不會產生輻射或空氣污染。我國風能資源十分豐富，

9、它是一種干凈的可再生能源；風力發電產業發展前景非常廣闊，其優缺點在于：它的優勢不需要燃料、不占耕地、沒有污染，運行成本低，我國風力資源豐富，缺點,效率低，造價昂貴，技術有待改進，管理不夠 完善 兀善。通過查閱資料和老師及同學的討論，完成了試驗，對風力發電機組有了深刻的了解和認識， 為以后的發展和工作奠定了堅實的基礎，本次試驗時通過MATLAB對風力發機的風力機模型、傳動裝置、發電機模型及風速進行了仿真，分析每部分之間的關系，為以后深入的學習 風力發電系統打下了良好的基礎。實驗二：低 / 高風速時風力發電機組風輪轉速的控制器設計姓名：繆澤 學號： 0一、實驗目標 : 掌握模糊控制系統的原理及實現

10、方法； 掌握風力發電機組在高風速和低風速時的控制原理研究方法； 掌握控制器對鋒利機組的優化方法；二、實驗內容 :對模糊控制系統的原理進行學習研究， 并且遵循模糊控制器設計的規則和方法， 設計適 合風力發電機組的模糊控制器。 如在高風速時隨著風速以及風輪轉速的變化， 通過控制變槳 距不斷的調整槳距角， 使風輪的功率因數變化， 從而改變輸出功率， 使輸出功率始終維持在 一個合理的恒值狀態。對風力發電機組在高風速和低風速時的控制原理研究， 并針對系統控制原理的特點， 分 別設計了模糊控制器， 繼而進行了高風速和低風速時的仿真研究， 并且將數據進行計算， 比 對證明模糊控制系統是否成功，同時找出系統設

11、計中的優點和不足，進行推廣和改造。三、實驗原理：模糊控制系統一般主要由模糊控制器，輸入/輸出接口電路，廣義對象以及檢測裝置構成。模糊控制器是模糊控制系統的核心，其主要作用是完成輸入精確量的模糊化處理，并運用模糊規則進行運算， 進而進行模糊推理決策運算以及精細化處理等重要過程。其是一個模糊控制系統優劣性能的指標。輸入輸出接口電路是模糊控制器連接前后系統的兩個通道口， 其作用是用來傳遞信號，并完成模擬信號和數字信號之間的轉換，用以控制執行器的動作， 以實現控制被控對象的目的。廣義對象包括執行機構和被控對象兩部分。檢測裝置在模糊控制系統中占據非常重要的地位，其精度直接影響整個控制系統的性能指標，因此

12、要求其精度高，可靠且穩定性好。模糊控制系統的工作原理是：由檢測裝置的數據采集單元獲取被控變量，經轉換和運算處理后，輸出精確值，然后精確值和給定值進行比較獲得精確偏差，經模糊控制器進行模糊化處理，模糊規則及推理運算， 最后經過精確化處理輸出精確量，經接口轉換送給執行機構執行，使之達到控制對象的目的。四、實驗結果與分析: 模糊控制器模型加入控制器及濾波器前后的波形及加入控制器和濾波器的波形結果分析通過對上面波形對比可知兩個波形都存在噪聲的干擾，但是在沒有加入控制器的沖擊很大，會對后期的產生很大的麻煩， 同時也會對風機會有一定的損壞。 波形在控制器的基礎上 增加了濾波裝置，使輸出的波形更加的平滑、穩定，更有利于風機的功率輸出。五、實驗心得通過本次實驗我學會了模糊控制的設計和使用及濾波器在系統中的重要性，模糊控制是利用模糊數學的基本思想和理論的控制方法。在傳統的控制領域里，控制系