作者 / 张天一1 杨巍2 郝玉然3
1.郑州工商学院(河南 郑州 450000) 2.66389部队(陕西 西安 710000)
3.华北水利水电大学(河南 郑州 450000)
张天一，女，1989.11，硕士研讨生，讲师，操控理论与操控工程;杨巍，女，1987.8，硕士研讨生，助理工程师，通讯与信息体系;郝玉然，男，1992.1，硕士研讨生，学生，工业操控。
摘要：本文挑选参考文献2中的风能的功率系数Cp进行剖析，选用遗传算法进行最大功率系数Cpmax求解，并经过对参考文献1中的风能的功率系数Cp求解验证其算法求解的合理性。选用matlab/Simulink进行风力机的仿真建模，模仿外界实在情况下，经过已知的λ和Cpmax，求得风机的转速与风速之间的份额系数，在最佳份额系数下，完成风力机的最大功率捕捉，得到风力机的静态仿真波形。
0 导言
跟着化石动力的不断耗费和化石动力所带来的环境问题，人们转向了清洁动力的开发，风能具有资源规模广，清洁无污染，建造周期短等特色，成为首要开发目标。近20年来国际风力发电技能有了飞速的开展，据统计，截止到2013年12月国际装机容量总计318137MW，全球新增装机容量35467MW，风力发电成为当今电力体系的重要研讨范畴之一。
变速恒频风力发电是20世纪开展的一种新风力发电技能，长处是发电机以变速运转、噪声低和损耗小。经过发电机转速操控，确保风力机在最佳叶尖速度比 下运转，然后完成最大风能盯梢。因为变速体系本钱在大型风力发电机组中占得份额小，所以往后大力开展变速恒频技能是风力开展的必然趋势。本文经过遗传算法核算最佳叶尖速度比 和最大风能的功率系数Cp，并在 matlab/Simulink中对变速风力发电机的风力机进行静态仿真，为树立合理的变速风力发电体系作预备。
1 变速风力机原理及特性
1.1 风力机结构
风力机是风电发电体系中的重要组成部件。风力机由桨叶和轮轴组成，桨叶在气流效果下带动风轮使旋转，风力机把捕获的风能转化为机械能，然后永磁发电机将机械能转化为电能。由贝兹理论可知，风力机的最大风能运用率为0.593。本文针对定桨距、变转速发电机的变速风力机进行仿真，结构如图1所示。
1.2 变速风力机根本特性
经过比照参考文献1和2中的风力机吸收运用风能的功率系数Cp，本文挑选参考文献2中的Cp。
(1)
式中λ为风力机的叶尖速比，β为风力机的桨距角。
发电机的角速度ωm，风力机捕获的有用功率Pm，风力机机械转矩TL的表明如下式(2)所示：
(2)
式(2)中Rw为风力机叶片半径，n为风力机转速， ωr为风力机的角速度，N齿轮箱增速比，
是空气密度。
2 风力机功能simulink模型
2.1 最大功率系数Cp max的核算
从式(1)可得到，当风力机桨矩角β恒守时，当风速不一起，只需操控风力机叶尖速比λ在适宜的规模，这样就能得到风力机最大功率系数 ，然后变速风力机能捕获到最大功率。因为(1)中的式子比较复杂，才用直接核算法很难求得Cp的最大值，本文在matlab中运用遗传算法能够很轻松求得Cpmax和λ。为了验证运用遗传算法核算的成果是否牢靠，对参考文献1中Cp进行了最大值求解，求解成果如图2所示，和文中所说到的Cpmax和λ共同。图3是对本文中Cpmax和λ的核算成果，得到当λ=6.325时，Cpmax=0.44
2.2 Cpmax和风机功能的matlab模型
依据式1在simulink中树立模型，把λ作为输入量，Cp作为输出量，树立的Cp(λ,β)模型如图4所示。
对Cpmax matlab模型进行封装得到风机功能matlab模型如下图5所示。
2.3 风力机matlab模型
由式1和式2在simulink中对风力机进行建模，风速v和风力机的角速度ωr作为输入量，风力机的叶尖速比 λ、功率系数Cp、风力机捕获的有用功率Pm和风力机机械转矩TL作为输出。在模型树立起来后，对风力机的功能进行仿真。
2.4 风力机功能模仿仿真matlab图
将风力机matlab模型进行封装，再把与风力机各参数输入封装的风力机模块中，变速风力发电机组的仿真全体matlab模型如图6所示。
3 仿真成果剖析
对图5模型进行仿真，得到仿真成果如图7所示。对图6的变速风力发电机进行matlab/Simulink仿真，空气密度
为12.5kg.m-3，风力机的桨距角β为0，风力机半径36m，变速风速为0~14.5m.s-1，仿真图如图9所示。
已知当叶尖速比λ=6.325时，Cpmax=0.44，和式2中λ、ωr和v之间联系，得到最好的份额系数K，由此仿真得到最佳的输出转矩和功率，如图10和11所示。
4 定论
本文经过选用文献2中的Cp(λ,β)，选用遗传算法核算得到λ=6.325时，Cpmax=0.44，并在matlab/Simulink中对风力发电体系中的变速风力机进行建模仿真剖析。模仿外界实在情况下，经过已知的λ和Cpmax，求得风机的转速与风速之间的份额系数，在最佳份额系数下，完成风力机的最大功率捕捉，得到风力机的静态仿真波形。
参考文献：
[1]高平, 王辉, 佘岳,等. 依据Matlab/Simulink的风力机功能仿真研讨[J]. 动力研讨与信息, 2006, 22(2):79-84.
[2] 任永峰. 双馈式风力发电机组柔性并网运转与操控[M]. 机械工业出版社, 2011.
本文来源于《电子产品国际》2018年第10期第68页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
