matlab的海上风电场建模与设计(附件)【字数：11426】
摘 要摘 要预计到2050年，世界能源需求将翻番甚至增加两倍，由于全世界人口的增加和发展中国家的经济扩张。能源和碳循环已经是所有地球生命的必需品。提高能效，清洁能源等能源探索的消费和生产的所有方面都是我们所必须了解与掌握的，同样碳资源、生物质、废弃物和碳资源的全球化也需要我们关注，比如说气候和自然资源与它们之间的关系问题。所以说能源和碳循环给环境方面带来了巨大挑战，尽管能源和碳循环是经济社会发展所必须依赖的。综合上述现象与观点，未来发展风力发电肯定是时代的必需品。海上风电发展呈现以下鲜明的特点和要求首先它的容量在逐渐扩大，其次它的并网要求越来越标准化，而且距离海岸越来越远。要满足这些特点，海上风电场建模设计将会困难重重。同样，在电气系统方面也有显著的特点与区别，大规模海上风电场和传统的电厂相比。本文首先对一些海上风力发电系统构建了数学模型，比如说风速、风轮、发电机的系统，还有传动机构、和风力发电有关联的一些电力电子系统。然后介绍了一些海上并网的原理及工作过程。其次给出了海上风电场等值建模优化算法之遗传算法，并基于此算法详述了海上风电场等值建模的基本步骤。最后分析了海上风力发电机组的控制技术，主要是发电机变速和变桨距控制，而且通过使用 MATLAB 软件来对系统进行变桨距控制和高于额定风速和低于额定风速时的变速风力发电系统进行了仿真。 关键词海上风力发电机组；遗传算法；控制系统；MATLAB软件；系统仿真 ；
目录
第一章 绪论 1
1.1 目的和意义 1
1.2 国内外现状 2
1.2.1世界风力发电发展状况 2
1.2.2我国风力发电的发展情况 3
1.3研究方法 4
第二章 海上风力发电机组基本结构的建模 5
2.1海上风力发电系统 5
2.2海上风速模型 5
2.3海上风力机模型 6
2.4 海上传动系统模型 7
2.4.1 三质量块模型 7
2.4.2 二质量块模型 8
2.4.3 一质量块模型 9
2.5 海上发电机动态模型 9
2.6 永磁同步发电机模型 10
2.6.1 三相坐标系下，永磁同步发电机 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目录
第一章 绪论 1
1.1 目的和意义 1
1.2 国内外现状 2
1.2.1世界风力发电发展状况 2
1.2.2我国风力发电的发展情况 3
1.3研究方法 4
第二章 海上风力发电机组基本结构的建模 5
2.1海上风力发电系统 5
2.2海上风速模型 5
2.3海上风力机模型 6
2.4 海上传动系统模型 7
2.4.1 三质量块模型 7
2.4.2 二质量块模型 8
2.4.3 一质量块模型 9
2.5 海上发电机动态模型 9
2.6 永磁同步发电机模型 10
2.6.1 三相坐标系下，永磁同步发电机 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
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工作的模型 11
2.6.2 两相旋转坐标系下，永磁同步发电机工作的模型 13
2.7 本章小结 14
第三章 海上风力发电机组的并网研究 16
3.1海上电网模型 16
3.2 电容库 16
3.3 海上变压器模型 16
3.3.1 三相二绕组变压器 16
3.3.2 变压器的动态方程 17
3.4 调制技术 18
3.4.1 调制解调技术 18
3.4.2 带三次谐波的 PWM 正弦调制 19
3.5 海上发电机并网运行的特点 19
3.6 本章小结 19
第四章 海上风电场等值建模的遗传算法 21
4.1 确定目标函数 21
4.2 基于遗传算法等值建模的步骤 23
4.3 本章小结 25
第五章 海上风电控制的数学模型和仿真 26
5.1海上定桨距风力发电机组 26
5.2海上变桨距风力发电机组 26
5.3 海上变速风力发电机组 27
5.3.1 高于额定风速时的功率控制 28
5.3.2 低于额定风速时的转速控制 28
5.4发电机的调速技术 29
5.5 MATLAB软件在海上风机控制系统中的仿真 29
5.5.1 MATLAB软件 29
5.5.2 变桨距控制过程仿真 30
5.6 本章小结 34
第六章 论文总结 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
第一章 绪论
1.1 目的和意义
预计到2050年，世界能源需求将翻番甚至增加两倍，由于全世界人口的增加和发展中国家的经济扩张。能源和碳循环已经是所有地球生命的必需品。提高能效，清洁能源等能源探索的消费和生产的所有方面都是我们所必须了解与掌握的，同样碳资源、生物质、废弃物和碳资源的全球化也需要我们关注，比如说气候和自然资源与它们之间的关系问题。所以说能源和碳循环给环境方面带来了巨大挑战，尽管能源和碳循环是经济社会发展所必须依赖的。综合上述现象与观点，未来发展风力发电肯定是时代的必需品。
不同于传统的发电方式，比如燃煤发电，风力发电不需要消耗化石能源，因此不用担心会有二氧化碳的产生，以及其他污染气体的排放导致严重的空气污染问题，可见风力发电是一种利用清洁能源的发电方式。到现在为止世界上大部分的国家都已经开始重视并发展风电，开发利用风能。欧洲国家最先发展风电，成为风电发展的先驱者，已经形成规模，利用效率很高，建成大量的风电场，存在于陆上，近海和海上，而且还出台了建设风电场的标准，以及很重要的并网标准。
随着陆上风能的持续开发利用，风力资源愈来愈少，风电场的建设开始转移，从陆地发展到海上，包括近海。海上风力资源很丰富，预期能量效益相比于陆地风电能高出20%到40%，发展海上风电还有很多优势，比如海上风切小，景观、鸟类，设备噪音，电磁波等问题也比陆地上少的多，最重要的是几乎不占用土地资源，为海上风电的发展和开发奠定了基础。
对比于陆上风电厂,海上风电场具有以下优点【5,6】：
(1)海上有稳定的风速，风切角度小，风力速度也较大。海平面光滑,粗糙度小,使得风速相对陆地风速大,风能稳定、风向的变化较小,因此,建设海上风电场不用搭建较高的塔架，角小的风切保证了相关风电设备能够长时间的工作，大大降低了风电场的投资成本。
(2)湍流强度低。在海平面上，风力发电机组设备能够延长使用寿命，因为风力发电机组设备所承受的疲劳负荷比之前在陆地上要小的多，海上有稳定的主导风向，平面光滑，摩擦小的优势。
(3)具有较高的产出。在海上建设的风电机组的单机容量比在陆上大，从而可以获得更高的电能产出，因为在海上对噪音的要求很低，可开发利用的风力资源也比陆上多。
基本单一的定桨距失速控制方式开始向变桨距和变速恒频控制方向发展，这主要都归功于计算机技术和先进的控制技术应用到了风电领域。目前主要的控制方式是：风速发生变化时，要实现最大捕获风能，需要通过调节发电机电磁力矩或风力机浆距角使叶尖速比保持最佳值[1]。风电机组控制系统开始应用了一些新的控制理论，例如模糊逻辑、神经网络智能、鲁棒控制等。风机控制向着更加智能的方向发展。风电控制系统中，未来的主控制器的设计发展方向是基于MATLAB为主控制器。风力发电的设计基于MATLAB控制系统, ,为了使系统更加稳定地运行,大幅度提高利用风能的效率，我们可以选择恰当的控制方法来达到目的，同时也是为了确保风力发电机齿轮箱、偏航系统、液压系统发电机正常运行。
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