变速恒频风力发电机组建模与PID仿真控制研究

"变速恒频风力发电机组的建模与仿真 (2010年) - 肖志怀, 王莺子, 卢娜 - 武汉大学学报(工学版)" 这篇论文主要探讨了变速恒频风力发电机组的建模与仿真技术。变速恒频风力发电系统是现代风能利用的关键技术之一，它能够根据风速的变化调整发电机的转速，从而保持输出频率恒定，提高能源转换效率和系统的稳定性。 在论文中，作者首先采用了机理建模法对风力发电机组进行了详细建模。这个过程包括以下几个关键部分： 1. 风速模型：模拟风速随时间的变化，这是影响风力发电性能的主要外部因素。 2. 风轮气动模型：考虑风轮的气动特性，如空气动力学效应、风轮的几何形状以及湍流等，以计算风轮捕获风能的能力。 3. 传动系统模型：包括齿轮箱和其他传动部件，用于将风轮的低速旋转转换为发电机所需的高速旋转。 4. 发电机模型：建立发电机的电气特性模型，包括电磁感应和电压、电流的关系。 随后，作者在Matlab/Simulink环境下构建了这些模型的仿真平台。Simulink是一个强大的动态系统建模工具，可以方便地进行多领域系统的仿真和分析。 对于控制系统，论文特别关注了两种关键场景的控制策略： 1. 低于额定风速时的转速控制：当风速不足以达到发电机的额定速度时，通过PID（比例-积分-微分）控制器调整发电机的转速，以最大化能量捕获并维持发电机稳定运行。 2. 高于额定风速时的功率控制：在风速超过额定值时，主要目标是限制发电机输出功率，防止过载。同样采用PID控制，调整发电机的运行状态，确保功率在安全范围内。 通过仿真，作者证明了所构建的模型能够在不同风速条件下有效地执行这两种控制策略，实现了低风速下的最大能量捕获和高风速下的功率限制，验证了模型的正确性和实用性。 关键词涉及的领域包括机理建模方法，即基于物理原理构建模型；变速恒频技术，是风力发电中改变发电机转速以保持输出频率恒定的技术；以及PID控制，这是一种广泛应用的闭环控制系统设计方法。 总结来说，这篇论文深入研究了变速恒频风力发电机组的工作原理，提供了详细的建模过程和有效的控制策略，并通过仿真验证了其有效性，为风力发电技术的研发和优化提供了理论基础和实践指导。