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分布式风力发电模型建立

1.刖言

在不断持续的能源紧张中，不少人想到了新能源利用。利用洁净的能源（可

再生能源）是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现。

洁净能源指太阳能、风能、潮汐能、生物能等，这都是可再生取之不尽的能源，特

别是风能技术最为成熟，经济可行性较高，是一种较理想的发展能源。风是地球上

的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。风能是太阳能的一种转换形式，是一

种重要的自然能源。

把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发

电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度

提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微

风的程度），便可以开始发电。因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或

空气污染，风力发电正在世界上形成一股热潮。

风力发电系统的模型主要包括风速模型，传动系统模型，发电机模型。本次

课程设计就从这几个方面建模研究。

2.风速模型建立

自然风是风力发电系统能量的主要来源，它的速度方向是不断变化的，具有

很强的随机性和突变性。为了简化风力模型，我们没有考虑风向问题，仅仅是从风

力变化特点出发，着重描述风速的随机性和间歇性。风速一般由四个分量构成：基

本风速、阵风风速、阶跃风速和随机风速（噪声风速）。所以模拟风速模型为：

2.1.

基本风速

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基本风速在风力机正常运行时是一直存在的，基本反应了平均风速变化。

所以，我们将基本风速设定为一个定值，采用一个阶跃信号对其进行模拟

其仿真图和曲线如图所示

m-

Scop

甚本凤速

t

图2.1.1基本风速仿真

阵风体现了自然风的突变性,在阵风持续时间内，风速体现为余弦特性,

22阵风

具体数学表达式为

式中为时间，单位；

为阵风的周期，单位

为阵风的开始时间，单位；为阵风的最大值，单位仿真图和曲线如图所示。

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Product

图2.2.1阵风仿真

图222阵风曲线

2.3.阶跃风

阶跃风描述了风速缓慢变化的特点，其具体的数学公式如下:

式中为时间，单位；

为阶跃风的最大风速持续时间，单位

为阶跃风的开始时间，单位

为阶跃风最大风速的开始时间，单位为阵风的最大值，单位。仿真图和曲线图

如图所示。

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Product

图2.3.1阶跃风仿真

阶跃风I

图232阶跃风曲线

2.4.随机风速

随机风速描述了相对高度上的风速变化特点，我们采用了随机数的方式

进行的模拟，仿真曲线如图所示。

图2.4.1随机风曲线

2.5.自然风速模拟

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将以上四种风速成份相互叠加，就形成的自然风的特性，整体的仿真图和曲线如

图所示。

图2.5.1自然风速整体仿真

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Pgracmet-ers基本凤速(m/s)

8

阵凤憔值（m/s）

0较起贻时间G）

3

蹲凤周期仗）

［气］SourcelockParameters：鬧屈阳宦