基于matlab的风力发电系统建模与详细性能仿真分析

1.课题概述

         介绍了风力发电的原理，并讨论了风力机的模型。风力发电的原理非常简单，最简单的风力涡轮机是由叶轮和发电机组成的。根据能量转换原理，气流可以推动叶轮旋转。如果叶轮轴和发电机轴相连，叶轮上的机械能将转化为电能。风力涡轮机是用来捕获风，将动能转换为机械能的叶片，它可以决定整个喷射式风力发电系统设备的有效功率输出。此外，还介绍了MPPT。对于上述关于风力发电系统的各个模块进行了MATLAB性能仿真分析。

 

2.系统仿真结果

风电利用系数：

 

 

 

 

 

 

Cut-in and Cut-out控制：

 

 

 

       当风速大于额定切断速度25m/s（强风）时，风力涡轮机将关闭以保护机械，这可以通过变桨控制来完成。

 

 

 

 

 

 

mppt控制输出：

 

 

 

 

 

 

我们可以看到风速和功率输出之间的关系，蓝线是最大功率的连接。

 

 

 

        这个模型，我们可以证明风速截断理论，当风速大于极限时，风速就会截断。

 

3.核心程序与模型

版本：MATLAB2022a

clc;
clear;
close all;
warning off;
addpath(genpath(pwd));
rng('default')

a=0:1:15;
b=[0 5 10 15 20];
c1=0.5176;
c2=116;
c3=0.4;
c4=5;
c5=-21;
c6=0.0068;

for i=1:length(b)
    c=(a+0.08*b(i)).^(-1)-0.035*[(b(i).^3+1).^(-1)];
    cp=c1*(c2*c-c3*b(i)-c4).*exp(c5*c)+c6*a;
    plot(a,cp)
    hold on
................................................
    end
grid
axis square


max(cp);
title(' cp-λ','FontSize',16)
xlabel('λ','FontSize',16)
ylabel('cp','FontSize',16)
axis([0 15 -0.1 0.55]) 

　　

 

 

 

 

4.系统原理简介

        风力发电是一种清洁、可再生的能源，它利用风能驱动风力发电机组转动，从而转化为电能。随着全球对可再生能源需求的增加，风力发电在全球能源供应中扮演着越来越重要的角色。本文将详细介绍风力发电系统的原理、数学模型及建模方法。

 

4.1、风力发电系统原理

       风力发电系统的核心是风力发电机组，它由风轮、齿轮箱、发电机、塔筒等主要部件组成。风轮是风力发电机组的核心部件，它由叶片和轮毂组成。当风吹过叶片时，叶片会旋转，从而带动齿轮箱将旋转运动转化为机械能，再传递给发电机将其转化为电能。风力发电的原理基于贝努利定理，即流速高的地方压力低，流速低的地方压力高。当风吹过叶片时，由于叶片的形状和角度，风速在叶片的表面和背面产生压力差，从而产生驱动力使叶片旋转。

 

       其中，风电利用系数为：

 

 

 

4.2、风力发电系统数学模型

        风力发电系统的数学模型主要涉及空气动力学、机械动力学和电动力学等方面的知识。以下是一些常用的数学公式：

 

贝努利定理：

 

p+1/2ρv²=常数

 

其中p为压力，ρ为空气密度，v为风速。这个公式描述了流速和压力之间的关系。

 

叶片受力分析：

 

F=1/2×ρ×π×(d/2)²×(v²-v0²)×(cosa-sina)

 

       其中F为叶片受到的力，ρ为空气密度，d为叶片的直径，v为风速，v0为风轮旋转速度，a为叶片与风向的夹角。这个公式描述了风吹过叶片时叶片受到的力。

 

电动机扭矩分析：

 

T=P×(n/9550)

 

       其中T为电动机输出的扭矩，P为电动机输出的功率，n为电动机的转速。这个公式描述了电动机输出扭矩和功率之间的关系。

 

电力生成方程：

 

P=T×(n/9550)×η

 

       其中P为电力输出的功率，T为电动机输出的扭矩，n为电动机的转速，η为电力转换效率。这个公式描述了电力生成和电动机扭矩之间的关系。