海上风力发电装置仿真simulationofoffshorewindpowergenerationapparatus(附
随着全球经济的飞速发展，人类对于能源的需求也是日益增长，人类的发展是离不开能源的。在日益严峻的能源问题面前，新能源如风能的开发利用有着重大的意义。作为无污染储量又巨大的风能来说，现如今风能的利用已经得到了极大的重视。因此风力发电也成为了现如今的研究热门，如何高效利用风能也成了热点。本文主要就是针对海上风力发电进行研究。本文首先对风力发电在国内外的研究现状和背景进行了说明。然后，分析了海上风力发电装置的基本组成结构，通过对不同类型的装置对比来实现了对装置的选型。其次本文在选完型的基础上分别建立了风力机，双馈发电机，整流器，逆变器的数学模型，在建立完数学模型的基础上本文利用Matlab软件对建立的模型进行仿真。在仿真中得到系统输出的电压电流波形图和最终本文所需要的有功功率曲线，对仿真输出的电压电流波形图进行分析来验证了本文所建立的仿真模型是正确的。通过仿真输出稳定的有功功率本文选取了黄海海域不同高度下不同风速所对应的年发电量本文在选取风速为6m/s时，年发电量为86400度；在选取风速为8m/s时，年发电量为172800度；在选取风速为8.8m/s时，年发电量为216000度；在选取风速为9.5m/s时，年发电量为241920度；在选取风速为10m/s时，年发电量为276480度。关键词风力发电；数学模型；仿真；发电量
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外发展现现状 2
1.2.1 国外风力发电现状 2
1.2.2 国内风力发电现状 5
1.3 本文主要研究内容 7
第二章 海上风力发电装置仿真的工作原理 8
2.1 风力机 8
2.2 发电机 9
2.3 整流器以及逆变器 11
2.4 本章小结 12
第三章 海上风力发电装置仿真的数学模型 13
3.1 风力机的数学模型 13
3.2 双馈电机的数学模型 13
3.2.1 双馈电机在三相静止坐标系下的数学模型 13
3.2.2 坐标变换 17
3.2.3 双馈电机在两相静止坐标系下的数学模型 19
3.2.4 双馈电机在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
dq坐标系下的数学模型 21
3.3 变流器数学模型 22
3.3.1 变流器在三相静止坐标系下的数学模型 22
3.3.2 变流器在dq坐标系下的数学模型 24
第四章 海上风力发电装置的仿真及工况计算 27
4.1 具体工况 27
4.2 风力机模型 29
4.3 双馈电路整体仿真模型 29
4.4 整流器模型 33
4.5 逆变器模型 34
4.6 仿真结果分析 34
4.7 选取特定的工况计算发电量 39
4.7.1 计算风速为8m/s时发电系统的发电量 39
4.7.2 计算不同高度不同风速下系统产生的发电量 39
4.8 本章小结 42
第五章 总结与展望 43
5.1 总结本文主要研究内容 43
5.2 展望 43
参考文献 44
致 谢 45
第一章 绪论
1.1 选题背景及意义
能源，作为人类在地球上得以生存的基础，是人民得以发展的根本，也是国家能够前进发展的动力，任何一个国家如果出现能源的短缺或是其他问题，那么国家的发展将会受到很大的阻碍[1]。特别是像中国这种发展中国家，中国的发展需要大量的能源的支持，但是中国现有的资源储量并不是那么丰富。而且考虑到中国人口基数众多，所以中国对能源的需求是很大的。像当今世界上大量使用的如煤，石油等都是不可再生的，随着全球的使用能源也会随之越来越少。能源问题现如今是人类的一大困扰，在此大环境下，可再生能源成为了现如今很多大国的重点研究对象。
在1970年左右，石油的问题出现在全世界中，这些不可再生的能源的数量日趋减少，已经满足不了日益成长的人口的需求，不仅仅是数量上的不足，随着大量使用这些能源，导致了地球的环境也日益被破坏。大约在1900后的100多年里，能源的消耗相比之前已经多出几十倍，这导致了环境被破坏，影响了地球上很多生态系统的运行，对地球上很多生物造成了致命的影响。肆意使用能源，与全球息息相关并且能感受到的最明显的比如最近大范围的全球气温上升，全球变暖，这导致了大量的冰雪融化，导致了北极圈等生态环境的破坏，而这一切的原因就是因为全球人类不注意而大量排放二氧化碳造成的，所以新能源的开发是必要的。
在中国，就近几年新能源的开发而言，中国还没有走在世界的前列，现如今中国对不可再生能源的需求还是挺高的，对于这种能源的使用，一方面来说与中国实行的可持续发展的政策不相符合，另一方面对环境的破坏也有影响，主要的是这种能源也不能够人类一直使用[2]。在中国的能源消耗比例中，中国二氧化硫，二氧化碳占了大部分，这些消耗的过多对中国的生态和农林业的发展造成了挺大影响，譬如在1990年左右，中国的一些自然灾害对中国农民经济造成了很大的影响，如酸雨，大气污染等其他的自然情况。随着环境破坏的日益严重，中国又出现水土流失的情况，这些状况对于已经被人类伤害的生态环境来说，又是一大危害，进一步的恶化更是会导致干旱等其他更严重的自然危害，对于人类的生存也会产生极大的威胁。因此，就考虑到现在中国的发展现状来说，寻找办法去开发一些清洁的新能源对于中国的发展来说是迫不及待的，风能这一清洁能源的发展对于中国的发展有很大意义。
风能是现如今世界上使用率较高的新能源而且清洁又不产生污染，它具备着现如今其他许多能源不具备的优势，比如风能是取之不尽的，储量及其丰富而且还是无污染的，所以现如今风能的利用得到了全世界的认可，风力发电技术也因此获得了极大的发展。随着世界各地对风力发电技术的深入研究，风力发电技术发展迅速，并且随着技术的发展，风力发电的成本也一直在下降，这导致了风力发电已经成为了一种很重要的可再生能源。相较于其他几种新能源，风能有着它独特的优势：（1）风能不仅无污染还取之无尽，不产生具有污染的废弃物。（2）风力发电的成本低，建设风力发电装置的时间少。（3）风力发电装置的占地面积小，不影响土地的利用和国家对土地的绿地开发，而且风力发电选址多在海上或者偏僻的地方[3]。而且随着技术的日益发展，中国对于风能可用率的利用，从刚开始不够成熟的百分之六十的利用率提升到了现如今的百分之九十多的利用率，不仅保护了环境，保护了脆弱的生态圈，也保证了人类的生活质量，而且又减少污染物的排放，这对于中国实行的可持续发展也有极大的帮助。
中国现有着多种发电模式，但是利用风能发电对中国的发展有着重大的意义。中国是发展中国家，在发展中污染也是一个很头疼的问题，风力发电作为清洁能源可以很好地解决污染问题。对比中国现有的另一种发电模式，风力发电有着它独特的地方及优点，不管是全世界还是中国，现有的可利用的风能要比水能多得多，而且风力发电对于商业性而言也比水力发电来的更为合适。中国占地面积大，但是有些地方的发电问题却还没有得以解决，比如中国西部的一些地区和一些山区，在那里发电还是个困扰着的问题，但那些区域并不缺少风能，所以风力发电能很好的解决他们的问题。譬如在西部山区这些区域，人烟稀少，在这种地方建立风力发电既不影响正常土地的使用又能帮忙解决当地的能源问题，由此可见，风力发电对于这些区域的建设有着不同寻常的意义。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外发展现现状 2
1.2.1 国外风力发电现状 2
1.2.2 国内风力发电现状 5
1.3 本文主要研究内容 7
第二章 海上风力发电装置仿真的工作原理 8
2.1 风力机 8
2.2 发电机 9
2.3 整流器以及逆变器 11
2.4 本章小结 12
第三章 海上风力发电装置仿真的数学模型 13
3.1 风力机的数学模型 13
3.2 双馈电机的数学模型 13
3.2.1 双馈电机在三相静止坐标系下的数学模型 13
3.2.2 坐标变换 17
3.2.3 双馈电机在两相静止坐标系下的数学模型 19
3.2.4 双馈电机在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
dq坐标系下的数学模型 21
3.3 变流器数学模型 22
3.3.1 变流器在三相静止坐标系下的数学模型 22
3.3.2 变流器在dq坐标系下的数学模型 24
第四章 海上风力发电装置的仿真及工况计算 27
4.1 具体工况 27
4.2 风力机模型 29
4.3 双馈电路整体仿真模型 29
4.4 整流器模型 33
4.5 逆变器模型 34
4.6 仿真结果分析 34
4.7 选取特定的工况计算发电量 39
4.7.1 计算风速为8m/s时发电系统的发电量 39
4.7.2 计算不同高度不同风速下系统产生的发电量 39
4.8 本章小结 42
第五章 总结与展望 43
5.1 总结本文主要研究内容 43
5.2 展望 43
参考文献 44
致 谢 45
第一章 绪论
1.1 选题背景及意义
能源，作为人类在地球上得以生存的基础，是人民得以发展的根本，也是国家能够前进发展的动力，任何一个国家如果出现能源的短缺或是其他问题，那么国家的发展将会受到很大的阻碍[1]。特别是像中国这种发展中国家，中国的发展需要大量的能源的支持，但是中国现有的资源储量并不是那么丰富。而且考虑到中国人口基数众多，所以中国对能源的需求是很大的。像当今世界上大量使用的如煤，石油等都是不可再生的，随着全球的使用能源也会随之越来越少。能源问题现如今是人类的一大困扰，在此大环境下，可再生能源成为了现如今很多大国的重点研究对象。
在1970年左右，石油的问题出现在全世界中，这些不可再生的能源的数量日趋减少，已经满足不了日益成长的人口的需求，不仅仅是数量上的不足，随着大量使用这些能源，导致了地球的环境也日益被破坏。大约在1900后的100多年里，能源的消耗相比之前已经多出几十倍，这导致了环境被破坏，影响了地球上很多生态系统的运行，对地球上很多生物造成了致命的影响。肆意使用能源，与全球息息相关并且能感受到的最明显的比如最近大范围的全球气温上升，全球变暖，这导致了大量的冰雪融化，导致了北极圈等生态环境的破坏，而这一切的原因就是因为全球人类不注意而大量排放二氧化碳造成的，所以新能源的开发是必要的。
在中国，就近几年新能源的开发而言，中国还没有走在世界的前列，现如今中国对不可再生能源的需求还是挺高的，对于这种能源的使用，一方面来说与中国实行的可持续发展的政策不相符合，另一方面对环境的破坏也有影响，主要的是这种能源也不能够人类一直使用[2]。在中国的能源消耗比例中，中国二氧化硫，二氧化碳占了大部分，这些消耗的过多对中国的生态和农林业的发展造成了挺大影响，譬如在1990年左右，中国的一些自然灾害对中国农民经济造成了很大的影响，如酸雨，大气污染等其他的自然情况。随着环境破坏的日益严重，中国又出现水土流失的情况，这些状况对于已经被人类伤害的生态环境来说，又是一大危害，进一步的恶化更是会导致干旱等其他更严重的自然危害，对于人类的生存也会产生极大的威胁。因此，就考虑到现在中国的发展现状来说，寻找办法去开发一些清洁的新能源对于中国的发展来说是迫不及待的，风能这一清洁能源的发展对于中国的发展有很大意义。
风能是现如今世界上使用率较高的新能源而且清洁又不产生污染，它具备着现如今其他许多能源不具备的优势，比如风能是取之不尽的，储量及其丰富而且还是无污染的，所以现如今风能的利用得到了全世界的认可，风力发电技术也因此获得了极大的发展。随着世界各地对风力发电技术的深入研究，风力发电技术发展迅速，并且随着技术的发展，风力发电的成本也一直在下降，这导致了风力发电已经成为了一种很重要的可再生能源。相较于其他几种新能源，风能有着它独特的优势：（1）风能不仅无污染还取之无尽，不产生具有污染的废弃物。（2）风力发电的成本低，建设风力发电装置的时间少。（3）风力发电装置的占地面积小，不影响土地的利用和国家对土地的绿地开发，而且风力发电选址多在海上或者偏僻的地方[3]。而且随着技术的日益发展，中国对于风能可用率的利用，从刚开始不够成熟的百分之六十的利用率提升到了现如今的百分之九十多的利用率，不仅保护了环境，保护了脆弱的生态圈，也保证了人类的生活质量，而且又减少污染物的排放，这对于中国实行的可持续发展也有极大的帮助。
中国现有着多种发电模式，但是利用风能发电对中国的发展有着重大的意义。中国是发展中国家，在发展中污染也是一个很头疼的问题，风力发电作为清洁能源可以很好地解决污染问题。对比中国现有的另一种发电模式，风力发电有着它独特的地方及优点，不管是全世界还是中国，现有的可利用的风能要比水能多得多，而且风力发电对于商业性而言也比水力发电来的更为合适。中国占地面积大，但是有些地方的发电问题却还没有得以解决，比如中国西部的一些地区和一些山区，在那里发电还是个困扰着的问题，但那些区域并不缺少风能，所以风力发电能很好的解决他们的问题。譬如在西部山区这些区域，人烟稀少，在这种地方建立风力发电既不影响正常土地的使用又能帮忙解决当地的能源问题，由此可见，风力发电对于这些区域的建设有着不同寻常的意义。
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