风机光伏——02 风机出力建模

一、风机模型functionpowersimpleTurbine(windSpeed, ratedOutputPower, cutInSpeed, ratedOutputSpeed, cutOutSpeed)%#codegen%Simple Turbine % Thisfunctionimplements a simple power versus wind speed characteristic 此函数实现了简单的功率与风速特性 % to represent a wind turbine. % Given an input of wind speed, m/s, thefunctionoutputs turbine power, W.给定输入风速 m/s该函数输出涡轮功率 W。 % The parameters must meet the following requirement: % Cut-in speedRated output speedCut-out speed 切入速度切出风速指风力发电机组并网发电的最大风速超过此风速机组将切出电网就是风机会停机停止发电额定输出速度切出速度 % Check rated output power is greater than zero 检查额定输出功率是否大于零if~(ratedOutputPower0)error(Rated output power must be greater than zero.);end % Check cut-in speed islessthan rated output speed 切入速度针对并网型风机而言的是指达到并网条件的风速也就是可以发电的最低风速低于此风速会自动停机小于额定输出速度风机达到产品宣称输出功率的最小风速if~(cutInSpeedratedOutputSpeed)error(Cut-in speed must be less than rated output speed.);end % Check rated output speed islessthan cut-out speedif~(ratedOutputSpeedcutOutSpeed)error(Rated output speed must be less than cut-out speed.);endifwindSpeedcutInSpeed % Wind speed islessthencut-in speed, power output is zero power0;elseif windSpeedratedOutputSpeed % Wind speed is greater than cut-in speed andlessthan rated output % speed, power output follows linear characteristic from zero to rated % power cutInGradient(ratedOutputPower /(ratedOutputSpeed - cutInSpeed));powercutInGradient *(windSpeed - cutInSpeed);elseif windSpeedcutOutSpeed % Wind speed is greater than rated output speed andlessthan cut-out % speed, power output is limited to rated power powerratedOutputPower;else% Wind speed is greater than cut-out speed, power output is zero power0;endSOLVER CONFIGURATION求解器由连接的 Simscape™ 框图表示的每个物理网络都需要求解器设置信息以进行仿真。 Solver Configuration 模块指定您的模型在开始仿真之前需要的求解器参数。每个拓扑不同的 Simscape 模块图都需要正好连接一个 Solver Configuration 模块。https://lost-contact.mit.edu/afs/inf.ed.ac.uk/group/teaching/matlab-help/R2016b/physmod/simscape/ref/solverconfiguration.htmlgain这里设的是1000电动机在起动瞬间有功功率最大、功率因数最高负载越轻、功率因数就越低随着启动的完成有功功率逐渐恢复到正常额定值功率因数也从最高逐渐降低为额定值。Gain设为1时显示如下。风机可以將风的动能轉化成机械能再轉化成电能。风就是流动的空气其动能正比空气质量与风速平方的乘积而单位时间通过单位面积的空气质量又正比于空气密度与风俗的乘积所以单位时间通过单位面积的风的动能正比于空气密度与风速三次方的乘积。功率系数是风机發電量与转化前风的动能的比值是用來表达发电效率的指數。一般小型風力機功率係數介於0.25~0.35。由於能量不會無中生有所以功率係數值不會大於1。加上风机转换能量還必須滿足流体动力学的定律依據德国物理学家貝茲1919年的理论推导风机的功率系数不可能大于 0.593此理论极限 还忽略风尾流旋轉及电磁转換损耗实际的上限还要更低。当风机叶片旋转轴与风的來向垂直时称为垂直轴式风机。当风机叶片旋转軸与风的來向平行时称为水平轴式风机。因为地表附近风向大致与地面平行所以也可以藉由叶片旋转轴与地面垂直或平行来辨別风机型式。一般而言垂直轴式风机转速慢噪音小但功率系数较小值约为 0.25 到 0.3。水平轴式风机 转速快噪音大但功率系数 较大值约为 0.3~0.35。启动速度是风机由靜止開始转动并连续转动的最小风速。切入速度是风机对额定负载开始有功率输出的最小速度。由于风机目的是为了发电所以切入速度更為重要。一般小型风机切入速度為3~6米/秒。由于風的動能正比於風速的三次方所以极低风速下风能转换的能量微乎其微。但是大部分時间风並不大所以小型风机的启动性也是一個重要的特性。額定风速是使风机达到产品宣称输出功率的最小风速。额定风速越大风机叶片扫風直徑越小但必須在較大的風況下才能輸出产品宣称的发电容量。一般小型风机的額定風速定在10到12 米/秒。由於風力機輸出功率正比於功率係數、空氣密度、風速三次方与叶片掃風面積的乘積所以額定風速越大風機葉片掃風直徑越小。一般自然風況下地表附近不同風速出現機率大致符合韋伯分佈最常出現的風速約5~7米/秒但因為風的動能正比於風速的三次方換算風能機率最大值約出現在風速10到12 米/秒所以一般小型風力機的額定風速也定在此範圍。风机主要噪音來源為叶片处发出的高频风切噪音以及风机处发出的低頻嗡鸣噪音。水平軸式风机还会发出特有的低频风动噪音因為叶片貼近塔架時塔影效应所造成而下風式水平軸风机尤其严重。叶片风切声即叶片尾翼的渦剥离压力震波所造成渦流噪音的声功率与風和葉片相對速度六次方成正比。葉片的特殊設計可以降低渦流噪音但可能同時改變流況降低發電效率此為風力機廠商研發重點之一。新高風力機為垂直軸式風力機原本噪音就相對小更研發渦流噪音減噪方法。對於一般發電機的低頻噪音新高風力機已配備有抑制機制。风机需要通过功率性能測試以确定额定风速下风机输出功率能达到产品宣称的发电容量。由于风机要能安全地正常运作一定寿命所以应该要通过持久性测试及強度安全设计审查。由于小型风机設立位置靠近居住区所以应该要通过噪音量測确保居住區噪音值小于法令規定。由於風力機發電控制系統必須確保電力使用安全所以必須通過電控系統相關認證。切入风速是针对并网型风机而言的是指达到并网条件的风速也就是可以发电的最低风速低于此风速会自动停机。切出风速指风力发电机组并网发电的最大风速超过此风速机组将切出电网就是风机会停机停止发电切入速度与叶片的空气动力性能有关。当达到这个风速时发电机可以持续稳定的发电切出风速除与叶片有关以外还与机组载荷有关若达到切出风速还不切出可能会有塔架倒塌叶轮飞车等事故的风险启动消耗的电能一般小于切入风速时的发电量。风机关系到系统的输配能耗是建筑节能非常关键的部分。根据国家空调设备质量监督检验中心多年风机检测表明很多风机在额定工况下都存在问题因此需要严格按照产品标准要求生产和制造风机。风机刚开始工作时轴承部位的振动很小但是随着运转时间的加长风机内粉尘会不均匀的附着在叶轮上逐渐破坏风机的动平衡使轴承振动逐渐加大一旦振动达到风机允许的最大值11mm/s时用振幅值表示的最大允许值如下风机必须停机修理清除粉尘堆积重做动平衡。因为这时已是非常危险的用户千万不可强行使用。在风机振动接近危险值时有测振仪表的会报警。