1、中 北 大 学 信 息 商 务 学 院毕业论文（设计）中期报告学 生 姓 名： 戈亮 学 号： 1303014133系 名 ： 自动控制专 业 ： 自动化论 文 （ 设 计 ） 题 目 ：基于 Matlab 的风力发电系统仿真指 导 教 师 : 史元浩2017 年 4 月 10 日毕业论文（设计）中期报告填写要求1中期报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作中期完成，经指导教师签署意见后生效；2中期报告内容必须按照教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署
2、意见；3学生的“学号”要写全号（如 1301014101） ，不能只写最后 2 位或 1 位数字；4. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2016 年 12 月 1 日”或“2016-12-01”；5. 指导教师意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 论 文 （设 计） 中 期 报 告系名 自动控制 专业 自动化学生姓名戈亮 班级 13030141 学号 1303014133论文（设计）题目：基于 Matlab 的风力发电系统仿真本人在该论文（设计）中具体应完成的工作：建
3、立风力发电机组模型，对各个模块组合及运行，做出 Matlab 仿真曲线图，对比数据，找到一条最优控制策略。1.简述毕业论文（设计）开始以来所做的具体工作和取得的进展（要详细内容）建立风速模型，在自然风的环境下。以基本风速，渐变风速，阵风风速，噪 噪声风速，为主要研究对象。且忽略方向问题，仅对以上四种特点讨论风速。设自然风速 V =基本风速 Vb + 阵风风速 Vg + 渐变风速 Vr + 噪声风速 Vn基本风速可由风电场测风所得的韦尔分布参数近似确定，且其不随时间变化，因而取为常数。由于基本风是反应风速的平均变化，所以仿真模块及仿真曲线图如下。（这里取 Vb=8m/s） 。阵风风速反应风速的突
4、然变化，由于阵风风速拥有余弦特性。所以Vg= 所以以分段函数形式建立仿真模块g1gTt0cost由曲线图像可知阵风风速在 3 秒时刻开始，9 秒时刻结束，周期为 6 秒，最大值为6m/s渐变风速 Vr 是反应风速缓慢变化的特点， Vr = ，建立仿真模块。ramprtvt210由曲线图像可知渐变风速 4 秒时刻开始，11 秒时刻结束，渐变风速最大值为 10m/s。随机噪声风速用来描述相对高度上风速变化的随机特点，Vn = 。由于噪声风速作用于风速变化的整个过程。这里不多做ii tSvi i211cos2讨论。叠加以上四种成分可以得出，自然风特性的 Matlab/simulink 组合风速数学模
5、型实现对风速的模拟，这里选定 12 秒为一个周期 04s 是基本风速起主要作用,49s 是阵风起主要作用,411s 是渐变风起主要作用,噪声风作用于风速变化的整个过程。由此可以看出该方法反映了风速的四个基本特性.建立风轮机模型由于风力机是风力发电系统吸收利用风能并将其最终化为机械能的最重要部件，风以一定的速度和方向作用于桨叶上，进而转化为旋转力矩而使桨叶发生转动，将风能转化为机械能，所以风力机是能量的来源。风能的大小与气流的密度和通过的面积成正比，与气流速度的立方成正比。所以这里取理论风能利用系数0.593。这里认为风力机实际得到的有用功率的公式为：Ps= 。,5.02CvRw风力发电机组的传
6、动系统主要是由风轮转子，低速轴，增速齿轮箱，高速轴和发电机转子构成的，设计在分析传动系统机理的基础上，建立系统的刚性轴模型。刚性轴模型认为传动系统是刚性的，即低速轴，增速齿轮箱传动轴，高速轴都是刚性的。所以得到的简化公式为：=Tr-nTgdtJng2风力发电机组中的发电机一般采用异步发电机,可以解决低功率时发电机的效率问题，而且改善了低风速时的叶尖速比，提高了风能利用系数并降低了运行时的噪声。这里以发电机为主，不考虑变频装置，得到的发电机扭矩公式：Te= 21211gxCrUmGGgGg 为发电机极对数，m 1为相数，U 1为电压，C 1为修正系数， G为发电机的当量转速， g为发电机的转子转
7、速， 1为发电机的同步转速，r 1、x 1为定子绕组的电阻和漏抗，r12和 x12为归算后转子绕组的电阻和漏抗，单位为 。从空气动力学的角度考虑，当风速过高时，只有通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，才能使功率输出保持稳定。当功率在额定功率以下时，控制器将叶片节距角置于零度角附近，不作变化。所以，变桨距系统的存在是非常必要的。由于风力发电机组的桨距角和变桨距速率的范围是有限制的，所以变桨距执行系统是带有死区的非线性系统。 变桨距执行机构是由电动机通过减速器带动桨叶运行的，其描述了来自控制器的桨距角指令与指令激励之间的动态，可以简化为如下的一阶系统:
8、rTKdt式中： 为桨距角输出，单位 度； r输入桨距角信号，单位 度；为时间常数，单位 s； 为比例系数；T毕 业 论 文 （设 计） 中 期 报 告2.目前存在的问题，下一步的主要研究任务，具体设想与安排（要详细内容）1. 针对于目前情况，要尽快按照所得数学公式，做出 Matalb 仿真模型得出图像，进行分析。对于风轮机模型、传动系统模型，发电机模型、变桨距系统模型，要严格按照上述 函数公式，进行建模。由于是整体模型的各部分模型，所以要在建模后进行整合。组合成一个完整的整体。所以下一步将开始进行不加控制策略的整合。开始实验预期的问题，即在没有控制策略的情况下。风力发电机组会有怎样的结果，以
9、及整合后发电机组是否可以正常运行。2.因为风能是一种具有随机性，爆发性，不稳定性特征的能源。如何最大程度的利用风能，使风力机在不同风速下有一个最佳运行转速。所以下一步的工作重点在风力发电机组的仿真基础之上，对低风速与高风速时捕获风能进行研究，同时提出策略并验证其有效性。3.由于被控对象的不确定因素过多，且参数范围过大。基于多种因素，必须引用模糊控制系统。针对模糊控制还要做深入的学习，了解其基本结构和控制原理。在了解模糊控制器原理后，需要设计一个模糊控制器。所以针对于接下来的重点应该在于组合发电机模型以及设计并运用模糊控制器来完成在不同风速下的发电效率。4.由于大型风力发电机组技术涉及到空气动力学，自动控制，机械传动，电机学等众多领域，而且除了发电机组还要包括变频器和电网等重要组成部分，要进行藩镇研究和实验这些变量都是需要考虑的因素。而且叶尖速比是一个很新的比较重要的概念，其关系到高率系数的高低。在设计中，是否可以设计一个在风轮转速达到额定转速时发电机同时达到额定转速，这样发电机的发电效率可能会更高一些，这都是要考虑的方面。毕 业 论 文 （设 计） 中 期 报 告3.指导教师对该学生前期研究工作的评价（是否同意继续研究工作）指导教师亲笔签字： 年 月 日备注：1、本表由学生填写，指导教师亲笔签署意见。2、以上各项句间距可以根据实际内容需要调整。
