风力发电威布尔摘130电场工程规划工作大纲

扬州大学（225127）StudyWindSpeedWindTurbineOutputTorqueOffshoreWindPowerXinFulongZhangJianhuaWangJianYangzhouUniversity通过观测的风速数据拟合出风速的威布尔摘130电场工程规划工作大纲”（国能新能（2009）号），这意味着全国海上风资源评估和规划工作正式拉开了帷幕。大型风电场的建设不但可以减缓用电短缺情况，而且并网后还能为电网提供很大一部分电能。而大型海上风电场的选址，与该地的风速分布情况有关。风资源测量和评估水平直接影响风电场选址以及发电量预测，最终反映为风电场建成后的实际发电量。分布曲线，了解风资源的分布情况。并根据风的随机性建立风速变化模型，应用Matlab软件对风速波形进行仿真，进而建立变桨距风机转子的仿真模型。了解在最大风能下，对应的风轮机输出转矩的变化特性以及随着风速的变化所对应的功率变化曲线。仿真结果表明所建立的风力机模型能较好的跟踪风速的变化，实现最大风能跟踪。风力发电威布尔分布matlab风速模关键词：中图分类号：TM315文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn1006-2807.2011.05.005风速风的形成[1]是空气运动的结果，地球公转和Abstract:windspeeddataWeibullwindspeeddistributioncurve,windresourcesfound.Accordingwindspeedchange,windspeedmodelMatlab.Afterwardssimulationmodelvariablepitchwindturbinerotorsetup.outputtorquecharacter-isticspowerconversioncurvemaximumpowerpointtrackingsimulationresultsshowedwindturbinemodelwindspeedmaximumpowerpointtracking.Keywords:WindpowerWeibulldistributionMat-labVelocitymodelTorquefeatures自转使得日地距离和方位不同，导致了地球上不同纬度地区接受太阳辐射的差异。

太阳辐射多的地区温度高，相反则低，这种温度形成了地区间气压的不同，并最终导致空气由高气压地区流向低气压地区，也就形成了风。海上风况优于陆地，风流过粗糙的地表或障碍物时，风速的大小和方向都会变化，而海面粗糙度小，离岸10km的海上风速通常比沿岸陆上高约25%。海上风湍流强度小，具有稳定的主导风向。风是风力发电机能量获取的来源，由于自然界的风是在不断变化的，因此建立的模型必须考虑到风力发电机在运行过程中可能会出现的各种情况，这样分析出的结果才能更加可靠、完善。201115目前，世界上许多沿海国家都高度重视海上风电的发展，丹麦、德国等风力发电强国已经开始将风电的重心转移到海上，海上风电技术也日2009月，臻成熟。我国能源局发布了“海上风海上风资源风电场的风资源分析评估，一般除收集当系到风能的多少，特别是在海拔高的地区，影响更突出。所以，计算一个地点的风能密度，需要掌握的量是所计算时间区间下的空气密度和风速。另一方面，由于地形复杂，空气密度的影响也必须要加以考虑。空气密度是气压、气温和温度的函数，其计算公式为：p—气压hPa；式中：t—气温pw—水汽压hPa。地气象站近期30年的常规气象资料外，还应收集整理风电场场址处至少连续1年10m高处的风速、风向整编资料，且收集的有效数据不宜少于收集期的90%。

风观测高度除应选在离地10m高处，还应包括风力发电机机头预期安装的高度，30m、40m。一般分2-3层，高度一般在10m、测量数据精度应在所用仪器的规定误差范围内。2.1风能的计算2.1.1风能公式风能的利用主要将它的动能转化为其他形式的能，因此，计算风能的大小也就是计算气流所具有的动能。按有效风速计算的风能密度称为有效风能密度，在单位时间内以风速穿过面积为S的风轮的总功率，即风能的功率为：ρ—空气的密度kg/m3；S—风机叶片旋转一周的扫掠面积m2；v—风速2.1.2威布尔分布[3~6]风速一般均为偏正态分布，一般来说，风力愈大的地区，分布曲线愈平缓，峰值降低右移。这说明风力大的地区，一般大风速所占比例也多。通常用于拟合风速分布的线型很多，而威布尔分布双参数曲线被普遍认为适用于风速作统计描述的概率密度函数。k—形状参数，式中：无因次量；c—尺度参数，其量纲与速度相同。威布尔分布累计函数为：P（v＜vi）=面积、空气密度和气流速度的立方成正比。因此，在风能计算中，最重要的因素是风速，风速取值准确与否对风能的估计有决定性作用。为了衡量一个地方风能的大小，评价一个地区的风能潜力，风能密度是最方便和有价值的量。

风能密度是气流在单位时间内垂直通过单位截面积的风能。将式（1）除以相应的面积S，当S=1，便得到了风功率密度公式，也称风能密度公式，即：由于风速是一个随机性很大的量，必须通过一定长度的观测来了解它的平均状况。因此，在一段时间长度内的平均风能密度，可以将上式对时间积分后平均。当知道了在t时间长度内风速v的概率分布P（v）后，平均风能密度就可计算出ρ的大小直接关来。从风能公式（1）中可以看出，162011时，称为标准威布尔分布。形状参数k的改变对分布曲线型式有很大影响。当0＜k＜1时，分布的众数为0，分布密度为x时，分布呈指数型；便成为瑞利分布；k=3.5时，威布尔分布实际已很接近于正态分布。经国内外广泛研究结果表明，威布尔分布是一种形式简单且又能较好地按拟合实际风速分布的概率模型，被公认为风能分析的有用工具。以某海上风力发电场选址为例，该地区的多年平均风速为v=8m/s，拟定风电场测风塔上10m的月平均风速见表1。通过风速统计资料计算出最小二乘法拟合k=b=1.86直线y=ax+b的斜率a和截距b，确定k10m处月平均风速风速87.16.27.1月份10月11月12风速8.59.28.57.1月份2风速78.3109.2根据所给的资料，通过matlab软件可以得到整体风速simulink仿真模型风速的威布尔分布图，如图1。

只要给定了威布尔分布参数ck，平均风能密度、有效风能密度、风能可利用小时数都可以方便地求得。知道了分布k，参数c、风速的分布形式便给定了，而不需要逐一查阅和重新统计所有的风速观测资料，它无疑给实际使用带来许多方便。在实测风速有困难时，可通过拟合出的威布尔分布曲线得到所要分析高度的风速分布曲线，以便对风能资源作初步评价。整体风速仿真波形研究提供正确的源参数。风轮机输出转矩风轮机是能量转换装置，风轮机输出特性模拟的本质是能量或转矩的控制，而并非简单的 威布尔分布函数曲线速度调节。因此，正确的模拟思路应该是根据当前风速、机组转 速和给定的桨距角，计算出风轮机的输出功率或转矩，将其作为异步 电机的控制指令加以执行，本设计采用转矩控制方式[9]来模拟风轮机的输出特性。 在风力发电系统的仿真中一般只考虑基于转矩系数或者风能转化系数的模型。用查表的方法得到功率曲线，风速也只按轮毂位置的 风速计算，转矩系数用于决定空气动力转矩： Twt=0.5π R3v2CQR—风轮半径； v—风速； CQ—转矩 系数。 空气动力转矩也可由能量转化系数决定：Twt=0.5π 其中，能量转化系数CP、转矩系数CQ在失速