第十三卷第三期安徽电气工程路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理职业技术学院学报2008年9月Vol·13No．3JOURNALOFANHUIELECTRICALENGINEERINGPROFESSIONALTECHNIQUECOLLEGESeptemtr2008基于Matlab的组合风速建模与仿真杨之俊合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009摘要在风力发电的模拟系统中风速模拟是一个重要的环节正确的风速模型不仅能够很好的反应实际风速变化情况而且能够给风力发电系统研究提供正确的源参数本文用Matlab／Simulink建立了风速组合数学模型该模型将风速分为基本风速阵风渐变风速和噪声风速4部分仿真结果表明该模型能够理想的反应实际风速关键词风力发电Weibu11分布风速组合数学模型Matlab／Simulink中图分类号TM743文献标示码A文章编号803007404dSimulationofCombinedWindSpeedBasedonMatlabYANGZhi一凡EngineeringandAutomationHefeiUniversityofTechnologyHefei230009ChinaAbstractThemodelofwindspeedisanimportantaspectinthesimulationofwindpowergenerationsystem．Accuratemodelofwindspeedcannotonlyreflectthefactualvarietyofwindspeedbutalsoprovidethestudyofwindgenerationwiththeaccuratesourceparameters．ThispaperestablishedancombinedmathematicmodelofwindspeedbyMatlab／Simulink．Themodeliscomposedoffourpartsthebasicwindspeedthegustwindspeedtherampwindspeedthenoisewindspeed．Theresultofsimulationshowsthemodelcanreflectfactualwindspeedideally．KeywordswindpowergenerationWeibulldistributionthecombinedmathematicmodelofspeedMatlab／Simulink0引言随着全球常规能源的日益紧张利用可再生能源发电就有着重要的意义可再生能源发电具有明显的环境效益和社会效益由于风能蕴藏量大分布广泛可以再生等特点风力发电是可再生能源发电的最常见的一种形式风力发电机组由风力机发电机等组成在风力发电模拟系统中风速能否较真实地反映实际风况直接影响到对整个发电系统的性能检测因而风速模拟成为风力发电模拟系统中首先需要解决的问题快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题图1为风力发电机组的基本模块框图从中我们可以看出风速模型是进行风力发电研究的源参数国内外对风速分图1风力发电机组的基本模块Fig1ThebasicIllOduleOfwindgenerator布曾有过不少的研究和探索可用一定的统计模型来进行拟合例如指数分布正态分布瑞利Ray收稿日期20080601作者简介杨之俊1983一男安徽滁州人硕士研究生研究方向为新能源和分布式发电技术·74·杨之俊基于Matlab的组合风速建模与仿真lei曲分布双参数Weibul1分布三参数Weibul1分布等等有选择地选用上述模型拟合不同地域的风况发现每种模型都有其自身的特点但也跟实际风况存在着差距Weibul1分布是风速平均值的一种反应当需要从风能资源的角度进行研究时weibul1分布较为理想但其表示的是一个较长时间段内的风速平均值不适宜于动态仿真研究文献E46]采用的是平均风速分量与湍流分量相叠加的风速模型风速的变化由湍流分量给出文献[7]在对风速特性进行研究的基础上建立了满足一定功率谱密度特性的自回归滑动平均ARMA风速模型本文采用了组合风速数学模型该模型较精确地描述了风速的随机性和间歇性的特点将自然风速分为基本风速阵风渐变风和噪声风4部分组成每一部分都能容易地计算出来并且把风速的特点集中在较短时间内显示而且能够全面地检验风力发电系统的性能尤其是在风速突变时整个系统的抗干扰性本文利用Matlab／Simulink建立了组合风速数学模型实现对风速的模拟模拟结果较为理想1风速模拟模型1．1双参数Weibul1分布的风速模型双参数Weibul1分布其概率密度为fvkve一号1式中k和c为Weibul1分布的两个参数k称为形状参数是一个无因次量C称为尺度参数其量纲与速度相同风速的分布函数为Pfvdvl_exp一2其中形状参数k和尺度参数c通常的拟合方法快递客服问题件处理详细方法计算方法pdf计算方法pdf山木方法pdf华与华方法下载是最小二乘法Weibul1分布的模拟需要大量的实际风场资料而且估计参数的方法比较麻烦不具有通用性通常需要根据不同的地理位置采用不同的方法这些都不利于实验室风速的模拟因而本文采用组合风速数学模型1．2组合风速数学模型]为了较精确地描述风能的随机性和间歇性的特点风速变化的时空模型原则上通常用以下4种成分来模拟基本风速阵风渐变风和噪声风1．2．1基本风速它在风力机正常运行过程中一直存在基本上反映了风场平均风速的变化风力发电机向系统输送的额定功率的大小也主要由基本风来决定可风电场测风所得的Weibul1分布参数近似确定即c×r13其中Ck分别为Weibul1分布的尺度参数和形状参数一般认为基本风速不随时间变化因而可以取常数本文取8m／sKb为一常数41．2．2阵风为描述风速突然变化的特性可用阵风来模拟在该时间段内风速具有余弦特性在电力系统动态稳定分析定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析中特别是在分析风力发电系统对电网电压波动的影响时通常用它来考核在较大风速变化情况下的动态特性电压波动特性0其它h]T1⋯·75·安徽电气工程职业技术学院学报第十三卷第三期其中G一为阵风峰值为阵风周期T1为阵风开始时间￡为时间1．2．3渐变风对风速的渐变变化特性用渐变风来模拟0DtT1r最～t或tT1≤t≤6t≤其中R一为渐变风最大值T1为风速渐变开始的时间为风速渐变结束的时间为渐变风保持时间1．2．4噪声风速为描述在指定相对高度上风速变化的随机特性可用随机噪声风速来模拟2∑[sAcos￡goi7Is∞8仃1∞i一0．5△9其中∞是第i个分量的角频率△∞为随机分量的离散间距为在0～2仃之间服从均匀概率密度分布的随机变量为平面扩张系数F为紊乱尺度因子／x为在参考高度的平均风速S为第i个随机分量的振幅综合上述四种风速描述由式6式7式8式9可建立组合风速数学模型为102采用Matlab／Simulink对组合风速进行建模与仿真用Simulink建立组合风速数学模型实现对风速的模拟图2为组合风速数学模型的Maflab代码图3为组合风速数学模型的仿真波形我们选定20s为一个风速周期并且显示2个周期风速的不同变化情况由图可知在0～4s是基本风速起主要作用4～8s是阵风起主要作用8～12s是渐变风起主要作用噪声风作用于风速变化的整个过程由此可以看出该方法反映了风速的四个基本特性而20s时风速又突然下降随后又经历了阵风渐变和稳定三个过程·76·图2组合风速数学模型的MatIab代码Fig．2TheMatlabcodeofcombinedwindspeedmathematiclnodel杨之俊基于Matlab的组合风速建模与仿真图3组合风速数学模型的仿真波形Fig．3Thesimulinkwaveofcombinedwindspeedmathematicmodel3结论本文介绍了风速模型在风力发电的研究建模中的重要意义并采用了组合风速数学模型即将自然风速分为基本风速阵风渐变风和噪声风通过Matlab／Simulink对该模型进行建模仿真结果良好的描述了风速的规律性随机性等特点表明了组合风速不仅能反映自然风速的特性避免风速模型计算的复杂性而且可以有针对性地考验风力发电系统在阵风渐变风时的性能为实验室风力发电模拟系统的研究提供了良好的基础参考文献[1]SeguroJVLambertTW．ModemestimationoftheparametersoftheWeibullwindspeeddistributionforwindenergyanalysis[J]．WindEngIndusAerodyn2000857584．[2]蒋仁言．威布尔模型族一一特性参数估计和应用[M]．北京科学出版社19984080．[3]张秀芝．Weibul1分布参数估计方法及其应用[J]．气象学报1996108116．[4]NichitaCLucaDDakyoBeta1．Largebandsimulationofthewindspeedforrealtimewindturbinesimulators[J]．IEEETrans．EnergyConversion29．[5]ManwellJFMcGowanJGRogersAL．Windeneryexplainedtheorydesignandapplication[M]．LondonJohnWileySonsLtd．2002．[6]LeieheadWESaHeSReardonD．Roleandobjectivesofcontrolforwindturbines[J]．IEEProc．C148．[7]李东东陈陈．风力发电系统动态仿真的风速模型[J]．中国电机工程学报2005214144．[8]吴学光张学成印永华戴慧珠．异步风力发电系统动态稳定性分析的数学模型及其应用[J]．电网技术199866872．[9]AndersonPMAnjanB．Stabilitysimulationofwindturbinesystems[J]．IEEETransPowerApparatusandSystems913795．[责任编辑吴义纯]·77·随机风速模型随机风速模型
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