【实战演练】simulink详细仿真小型风力发电系统

# 1. Simulink 简介**

Simulink 是由 MathWorks 公司开发的基于图形化的仿真平台，广泛应用于控制系统、信号处理和动力学系统等领域的建模、仿真和分析。它提供了一个直观的用户界面，允许用户通过拖放模块的方式创建模型，并通过仿真来分析系统的行为。Simulink 集成了丰富的建模库，包含了各种物理、数学和控制系统模块，使得用户可以快速搭建复杂系统模型。

# 2. 小型风力发电系统建模

### 2.1 风机模型

#### 2.1.1 风机功率曲线

风机功率曲线描述了风机在不同风速下的输出功率。它通常采用分段线性函数表示：

P(v) = {
    0, v < v_ci
    P_ri(v - v_ci) / (v_ri - v_ci), v_ci <= v < v_ri
    P_ri, v_ri <= v < v_co
    P_co(v - v_co) / (v_fo - v_co), v_co <= v < v_fo
    0, v >= v_fo
}

其中：

- `P(v)`：风机输出功率
- `v`：风速
- `v_ci`：切入风速
- `v_ri`：额定风速
- `P_ri`：额定功率
- `v_co`：切出风速
- `v_fo`：自由流风速

#### 2.1.2 风机扭矩方程

风机扭矩方程描述了风机在不同风速下的输出扭矩。它通常采用以下形式：

T(v) = {
    0, v < v_ci
    T_ri(v - v_ci) / (v_ri - v_ci), v_ci <= v < v_ri
    T_ri, v_ri <= v < v_co
    0, v >= v_co
}

其中：

- `T(v)`：风机输出扭矩
- `v`：风速
- `v_ci`：切入风速
- `v_ri`：额定风速
- `T_ri`：额定扭矩
- `v_co`：切出风速

### 2.2 发电机模型

#### 2.2.1 发电机等效电路

发电机等效电路通常采用三相绕组模型，包括定子绕组、转子绕组和磁路。等效电路中，定子绕组用电阻 `R_s` 和电感 `L_s` 表示，转子绕组用电阻 `R_r` 和电感 `L_r` 表示，磁路用互感 `M` 表示。

#### 2.2.2 发电机功率方程

发电机功率方程描述了发电机在不同转速和负载条件下的输出功率。它通常采用以下形式：

P_g = 3 * V_s * I_s * cos(φ)

其中：

- `P_g`：发电机输出功率
- `V_s`：定子绕组电压
- `I_s`：定子绕组电流
- `φ`：功率因数

### 2.3 传动系统模型

#### 2.3.1 传动比

传动比描述了风机转速与发电机转速之间的关系。它通常由齿轮箱的齿轮比决定。

#### 2.3.2 齿轮箱效率

齿轮箱效率描述了齿轮箱在传递动力时的能量损失。它通常采用以下形式：

η_g = P_out / P_in

其中：

- `η_g`：齿轮箱效率
- `P_out`：齿轮箱输出功率
- `P_in`：齿轮箱输入功率

# 3. Simulink 仿真平台

### 3.1 仿真环境搭建

#### 3.1.1 Simulink 软件安装

1. 前往 MathWorks 官网下载 Simulink 软件。
2. 根据提示完成安装过程。
3. 安装完成后，打开 Simulink 软件。

#### 3.1.2 模型创建和编辑

1. 在 Simulink 界面中，单击“新建”按钮创建一个新模型。
2. 在“库浏览器”中，浏览并选择所需的模块。
3. 将模块拖放到模型工作区中。
4. 使用连接线将模块连接起来，形成模型结构。

### 3.2 仿真参数设置

#### 3.2.1 仿真时间步长

仿真时间步长是仿真过程中计算模型状态的间隔。较小的步长可以提高仿真精度，但会增加仿真时间。

**代码块：**

sim_step_size = 0.01;  % 仿真时间步长（秒）

**参数说明：**

* `sim_step_size`：仿真时间步长，单位为秒。

**逻辑分析：**

此代码设置仿真时间步长为 0.01 秒。较小的步长可以捕捉模型中更细微的变化，但会增加仿真时间。

#### 3.2.2 仿真终止条件

仿真终止条件指定仿真何时停止。可以设置仿真运行时间、达到特定条件或用户手动停止。

**代码块：**

sim_stop_time = 10;  % 仿真终止时间（秒）

**参数说明：**

* `sim_stop_time`：仿真终止时间，单位为秒。

**逻辑分析：**

此代码设置仿真终止时间为 10 秒。当仿真时间达到 10 秒时，仿真将自动停止。

### 3.3 仿真结果分析

#### 3.3.1 仿真数据可视化

仿