風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真畢業(yè)論文(已修改)
2025-09-07 20:06 本頁面
【正文】 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真 摘要 ： 風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源利用方式，近年來在世界范圍內(nèi)獲得了飛速的發(fā)展。本文基于風(fēng)力機(jī)發(fā)電建立模型，主要完成了以下工作： （ 1）基于風(fēng)資源特點(diǎn)，建立了以風(fēng)頻、風(fēng)速模型為基礎(chǔ)的風(fēng)力發(fā)電理論基礎(chǔ)； （ 2）運(yùn)用葉素理論，建立了變槳距風(fēng)力機(jī)機(jī)理模型； （ 3）分析了變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行區(qū)域與變槳距控制的原理與方法，并給出了機(jī)組的仿真模型，為風(fēng)力發(fā)電軟件仿真奠定了基礎(chǔ)； （ 4）搭建了一套基于 PSCAD/EMTDC 仿真軟件的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型以及完整的風(fēng)力發(fā)電樣例系統(tǒng)模型，并且已 初步實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)特性模擬功能。 關(guān)鍵詞 ：風(fēng)力發(fā)電；風(fēng)頻；風(fēng)速；風(fēng)力機(jī)；變槳距；建模與仿真 1 風(fēng)資源及風(fēng)力發(fā)電的基本原理 風(fēng)資源概述 （ 1）風(fēng)能的基本情況 [1] 風(fēng)的形成乃是空氣流動(dòng)的結(jié)果。風(fēng)向和風(fēng)速是兩個(gè)描述風(fēng)的重要參數(shù)。風(fēng)向是指風(fēng)吹來的方向 ， 如果風(fēng)是從 東 方吹來就稱為 東 風(fēng)。風(fēng)速是表示風(fēng)移動(dòng)的速度即單位時(shí)間內(nèi)空氣流動(dòng)所經(jīng)過的距離。 風(fēng)速是指某一高度連續(xù) 10min 所測(cè)得各瞬時(shí)風(fēng)速的平均值。一般以草地上空10m 高處的 10min 內(nèi)風(fēng)速的平均值為參考。 風(fēng)玫瑰圖是一個(gè)給定地點(diǎn)一段時(shí)間內(nèi)的風(fēng)向分布圖。通過它可以 得知當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向。 風(fēng)能的特點(diǎn)主要有：能量密度低、不穩(wěn)定性、分布不均勻、可再生、須在有風(fēng)地帶、無污染、分布廣泛、可分散利用、另外不須能源運(yùn)輸、可和其它能源相互轉(zhuǎn)換等。 （ 2）風(fēng)能資源的估算 風(fēng)能的大小實(shí)際就是氣流流過的動(dòng)能，因此可以推導(dǎo)出氣流在單位時(shí)間內(nèi)垂直流過單位截面積的風(fēng)能，即風(fēng)能密度，表示如下： v??? (11) 式中 , ? —— 風(fēng)能密度 ( 2/mW )， 是描述一個(gè)地方風(fēng)能潛力的最方便最有價(jià)值的量 ； ? —— 空氣密度 ( 3/mkg )； v —— 風(fēng)速 ( sm/ )。 由于風(fēng)速是一個(gè)隨機(jī)性很大的量，必須通過一段時(shí)間的觀測(cè)來了解它的平均狀況，一個(gè)地方風(fēng)能潛力的多少要視該地常年平均風(fēng)能密度的大小。因此需要求出在一段時(shí)間內(nèi)的平均風(fēng)能密度，這個(gè)值可以將風(fēng)能密度公式對(duì)時(shí)間積 分后平均來求得。有效風(fēng)能密度還可根據(jù)下式求得 ?? 21 )( 3vv dvvPv?? （ 12） 式中， 1v —— 啟動(dòng)風(fēng)速（ sm/ ）； 2v —— 停機(jī)風(fēng)速（ sm/ ）； )(vP —— 有效風(fēng)速范圍內(nèi)的條件概率分布密度函數(shù) ]2[ 。 平均風(fēng)能密度則可用下式求得： ?? dtvPvT )( 3?? （ 13） 風(fēng)力發(fā)電的基本原理 風(fēng)能具有一定的動(dòng)能，通過風(fēng)輪機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電 的原理是利用風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn) ， 再 通 過增速 器 將旋轉(zhuǎn)的速度提 高 來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電 的 。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù) ， 大約 3m/s 的 微風(fēng)速度便可以開始發(fā)電。 風(fēng)力發(fā)電的原理說起來非常簡單，最簡單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可由葉片和發(fā)電機(jī)兩部分構(gòu)成如圖 11 所示?？諝饬鲃?dòng)的 動(dòng)能作用在葉輪上，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而推動(dòng)片葉旋轉(zhuǎn)，如果將葉輪的轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連就會(huì)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電來。 風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn) 風(fēng)力發(fā)電具有以下特點(diǎn)： ① 可再生的潔凈能源； ② 建設(shè)周期短，裝機(jī)規(guī)模靈活， 可根據(jù)資金情況決定一次裝機(jī)規(guī)模，有一臺(tái)資金就可以安裝一臺(tái)投產(chǎn)一臺(tái)； ③ 可靠性高， 把現(xiàn)代高科技應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使其發(fā)電可靠性大大提高，中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性從 80 年代的 50%提高到了 98%，高于火力發(fā)電且機(jī)組壽命可達(dá) 20 年； ④ 造價(jià)低，運(yùn)行維護(hù)簡單，實(shí)際占地面積??； ⑤ 發(fā)電方式多樣化， 既可并網(wǎng)運(yùn)行，也可以和其 他能源如柴油發(fā)電、太陽能發(fā)電、水利發(fā)電機(jī)組形成互補(bǔ)系統(tǒng)，還可以獨(dú)立運(yùn)行； ⑥ 單機(jī)容量小 2 風(fēng)能及風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)模型的建立 風(fēng)頻模型 風(fēng)速具有明顯的隨機(jī)性和間歇性。為了較精確地描述風(fēng)速及其變化特性，引入風(fēng)頻分布的概念。風(fēng)頻分布就是風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)概率分布，是衡量風(fēng)能資源分布特性的重要指標(biāo)，它反映了風(fēng)電場某個(gè)時(shí)段每一風(fēng)速出現(xiàn)的概率，可以通過分析風(fēng)電場實(shí)際測(cè)風(fēng)的原始資料得到。 根據(jù)風(fēng)電場實(shí)際測(cè)風(fēng)的結(jié)果，假設(shè)風(fēng)速是以小時(shí)平均，按每小時(shí)正點(diǎn)前十分鐘測(cè)取，那么在一年之內(nèi)就有 N 個(gè)測(cè)點(diǎn)，這樣可得風(fēng)電場實(shí)際的風(fēng)頻分布為： yvii NNF? （ 21） 式中 iF —— 風(fēng)速 wiv 的實(shí)際分布頻率； viN —— 一年內(nèi)風(fēng)速 wiv 出現(xiàn)的次數(shù)； yN —— 一年內(nèi)總的測(cè)風(fēng)點(diǎn)數(shù)，一般有 8760?yN 。 風(fēng)電場風(fēng)速符合威布爾分 布： ? ? KAVK eAVAKvf ??????????????? 1 （ 22） 式中， v 為風(fēng)速（ sm/ ）， ? ??f 為威布爾分布函數(shù)， A 、 K 為威布爾尺度系數(shù)（ sm/ ）和形狀系數(shù)。 利用風(fēng)電場測(cè)風(fēng)的結(jié)果，對(duì)實(shí)際所得的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出年 平均風(fēng)速PV 和風(fēng)速頻率分布 iF ，并采用最小逼近法，
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