Simulation platform for Wind Turbines
by
Professor Frede Blaabjerg
Aalborg University
fbl@iet.auc.dk
http://www.iet.auc.dk/~fbl/
November 28, 2003
1.Background
2.Wind turbine concepts
3.Basic model library
4.Simulation examples
5.Conclusion
Why
?Electrical system of the wind turbine in steady progress and become more and more important
?Wind turbines grow in size (3-5 MW)
9Virtual prototyping is the only method for analysis and evaluation
Goals
?Develop an extended simulation platform for electrical parts in wind turbines
?Develop models which may used in mechanical / aeroelastical design tools like HAWC
DigSilent
electrical power system
simulation tool ?aerodynamic models
?aeroelastic models
?turbulent wind model
Mechanical aspects Electrical aspects
HAWC
aeroelastic simulation tool
wind turbine
?grid components library
?dynamic simulation
language
Matlab/Simulink
general
developer tool
wind turbine/
wind farm
?dynamic behavior of power systems
?assesment of power
?RMS and EMT simulations
Saber
advanced
simulation tool
?Hydraulic
?Mechanic
simulates physical effects
in different engineering
domains
?Magnetic
?Thermal
? Electric
? Electronic
? Digital control
? Embedded software
?calculation of mechanical loads on
the structure
?dynamic behavior of wind turbine
?focus on frequency range 0 - 20 Hz
wind turbine/
power converter
5S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
Modelling aspects
Aspect Model level Time scale Tool Wind turbines mechanical loads RMS10-1s –103s HAWC
Wind turbines power quality RMS10-1s –103s DigSilent
Wind turbine control system RMS/EMT10-3s –102s Matlab
Wind turbine switchings EMT10-3s –101s DigSilent/SABER Grid faults EMT10-6s –10-1s DigSilent Power electronic control and design EMT10-9s –10-2s SABER
6S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
7
S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
Active stall/stall wind turbine
?Fixed Speed
?Squirrel-Cage Induction Generator ?Soft-starter, Capacitor Bank
Pitch control wind turbine
?Variable Speed
?Squirrel-Cage Induction Generator ?Back-to-Back Power Converter
Capacitor
Bank
By-pass
transformer
grid
AC
AC G
drive
train wind
SCIG
Soft-starter
drive train
wind
SCIG
AC AC G
transformer
grid/stand alone
Power Converter
8
S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
Pitch control wind turbine ?Variable Speed
?Double-Fed Induction Generator ?Back-to-Back Power Converter
Pitch control wind turbine ?Variable Speed ?Multi-Pole Synchronous Generator
–direct driven ?Rectifier + Inverter
drive train
wind
DFIG
AC
AC
G
transformer
grid
wind
SG
AC AC G
transformer
grid/stand alone
Power Converter
Wind Turbine Blockset
in Matlab/Simulink
9S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
10S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
?Dynamic models
9dq/dq models
9abc/abc models
?Reduced order models ?Steady-state models ?Optimized for speed (C S-Function version)
?Squirrel-cage IG
?Doubly-fed IG
?Synchronous Machine ?PMSM
Simulation speed important
11S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
12
S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
?wind model –take into account the rotational turbulences and the tower shadow
?wind turbine rotor –based on torque coefficient look-up tablel ?different drive-train models
?one-mass model ?
two-mass model
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S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
?rectifiers
?voltage source converters ?soft-starter
9star 9delta
9branch-delta
?modulation strategies
?switching models ?
average models
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S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
?abc/abc model for 3-phase 2-winding transformer ?
take into account iron losses and core geometry
15
S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
Simulink example
Simulink simulation results
16S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
17
S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
Interface variables to the grid:
voltage current
Gear
Gear
Active stall wind turbine with asynchronous generator
Pitch control wind turbine with doubly fed generator
HAWC kernel
1. Generator model (directly in HAWC)
-SCIG -DFIG 2. Power converter control (dll subroutine)
-frequency converter -softstarter 3. Wind turbine control (dll subroutine)
Soft-starter
Power converter
Implementation boundaries
HAWC dll
HAWC
HAWC: Active stall control
6 m/s
6 m/s Green: Old Model
Red:New model
18S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
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S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
DFIG control
Power control loop
Speed control loop
Wind turbine control
Rotor side converter control Network side converter control
Measurement grid point M
θ
AC DC
AC
DC I rotor
gen
ωPWM
PWM
N
T
ref grid
P ref grid
Q meas dc
U meas grid
P meas grid
P meas grid
Q meas ac
I ref dc
U rated ref grid
P ,Digsilent: Variable speed/ variable pitch wind turbine
20
S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines
25
02000M e c h a n i c a l p o w e r [k W ]
Power curve
Power o ptimisation
Power l imitation
s s Dynamic s
peed range A B rated
ω0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
500
1000
150020002500P-ωcurve
Generator speed [rpm]
5
101520500
1000150022002500
Wind speed [m/s]
Power curve Power o ptimisation Power l imitation v a
r . r e f .p e e d
f i x
e d r e
f .p e e d
Dynamic s peed range A
B
A
B
C
D
C, D
mec
P u rated
nom
gen n AB:
R
u
u and C
opt
ref rot
opt
opt
p
nom
rot
rot
λ
ω
λ
θ
ω
ω
=
??→≤)(max rated mec
mec
nom rot rot
P
P <>ωω
BC:
θ
λω
λω
ω
??=
?
=→
)
()(opt p
nom rot
nom rot
ref rot
C
u
R
u CD:
rated
mec
ref mec
nom rot
rot P P =>ω
ω
[]
θ
ω
πρλω
ω
?
=
?
=→
3
5
3
)
(2)(nom rot
rated
mec p
nom rot
ref rot R u P u C
M e c h a n i c a l p o w e r [k W ]
E l e c t r i c a l p o w e r [k W ]
Digsilent: Control strategies
法源法律实务综合模拟软件 一、产品名称及规格型号 法源法律实务综合模拟软件V1.0 二、产品说明 （一）系统介绍 法源法律实务综合模拟软件是完全模拟诉讼实务中的程序和标准的法律案件审理程序的整个过程的一套训练系统。系统覆盖现今所有法律机构办案流程，通过模拟了解法院、检察院、公安机关、仲裁、行政机构如何进行案件审理，以及在整个诉讼、侦查等过程中，如何去实现自己的诉讼权利等等。系统内置的业务涉及法院、检察院、公安侦查、仲裁、行政复议（处罚）、调解的四十余种诉讼与非讼业务流程。 （二）系统价值 1、通过软件的案件和流程设置，学生通过模拟了解法院、检察院、公安机关、仲裁、行政机构如何进行案件审理，以及在整个诉讼、侦查等过程中，如何去实现自己的诉讼权利等等。 2、软件内置的业务涉及法院、检察院、公安侦查、仲裁、行政复议（处罚）、调解等。 3、软件内置的教学案例为真实的案例，并且在教师端可以进行自由添加删除修改。所谓的真实案例是该案件要求附带整套证据扫描件。 4、教师端可以进行实时庭审的监控以及对实验的所有学生进行实验进度的监控和评分。 5、管理员端可以进行班级、账号的添加，可以对软件的数据进行添加修改（如添加视频）。 6、学生端可以完成老师安排的实验也可以自行添加实验进行练习（实验的业务详见参数），可以进行单人多角色模式和多人互动模式进行操作，庭审中即可用语言视频操作也可以用文字录入模式进行操作。 7、业务流程以流程图式和 flash两种方式嵌入，即让学生和教师快速清楚了解诉讼侦查等业务的整个概况，又增加了趣味性。
8、考核功能：具有主观与自动评分相结合来（实验完成的时间、完成程度、教师预先设定的实验要求）考核学生的整个实验。 9、诉讼流程：系统用流程图跟踪颜色变动方式来显示，可以清楚直观的显示学生的实验情况，以及教师对其的监控。 10、实验数据：实验数据可以在教师端口导出所有学生的所有已完成实验的案件文书，可保存WORD打印。 11、软件数据： （1）真实案件 50 例； （2）文书模版：内置 1400 份各类型的法律文书模板； （3）司法案例，内置上千例司法案例、两高公报等; （4）合同模板：内置上千份合同模板库。 （5）法律法规：内置40余万的法律法规、司法解释等 12、软件为B/S架构网络版，客户端没有站点限制。 三、系统优势 A功能： 1、操作模式： 单人模式：单帐号扮演案件中的所有角色，让学生独立完成实验，方便其熟悉诉讼中的每个环节。 多人模式：多帐号互动扮演案件中的角色，让学生之间互动操作来配合完成实验，可根据分析案情、证据、焦点等全面提高法律技能。 2、实验流程： （1）法院： 民事诉讼 A民事一审程序、B民事一审反诉程序、C民事二审程序、D民事非诉特别程序：督促程序、E民事非诉特别程序：公示催告程序F民事非诉特别程序：企业破产程序、G民事特别程序：选民资格案件程序H民事特别程序：宣告公民失踪和宣告公民死亡案件程序、I民事特别程序：认定公民无行为能力或者限制行为能力案件程序、J民事特别程序：认定财产无主案件程序K民事特别程序：宣告婚
风力发电系统建模与仿真 摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基础； （2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型； （3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础； （4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。 关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真 1 风资源及风力发电的基本原理 1.1 风资源概述 （1）风能的基本情况[1] 风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。 风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。 风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。 （2）风能资源的估算 风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下： 3 ω= (1-1) 5.0vρ 式中, ω——风能密度(2 W)，是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量； /m ρ——空气密度(3 kg)； /m
工业电力系统动态建模和仿真分析 (Industrial power system dynamic modeling and simulation analysis) 一、概述 工业电力系统： 大型电力系统复杂性：本身有发电机、电动机 中型工业电力系统：即使无发电机，也包括大量中压电动机 意义、内容： 1、确定通过动态建模与仿真分析验证： 1、机组的暂态稳定（极限切除时间） 2、特定的大容量电动机的电压稳定 3、校验电流电压型保护的定植 4、确定低频减载与孤网运行 二、介绍原件与组成： （一）、同步电机实用模型： 1、意义：对于dq0坐标下同步电机方程，如果单独考虑与定子d绕组、q绕组相独立的零轴绕组，则在计及d,q,f,D,Q5个绕组的电磁过渡过程（以绕组磁链或电流为状态量）以及转子机械过渡过程（以ω及δ为状态量）时，电机为七阶模型。对于一个含有上百台发电机的多机电力系统，若再加上其励磁系统、调速器和原动机的动态方程，则将会出现“维数灾”给分析计算带来极大的困难。因此在实际工程问题中，常对同步电机的数学模型作不同程度的简化，以便在不同的场合下使用。 2、对派克方程中的转子变量 若,则 可用定子侧等效量取代原来的转子量，得到用这些实用等效量表示的同步电机实用方程。原派克方程中的定子量，保留易测量及计算的和及和，而消去和两个变量。 3、三阶实用模型 其简单而又能计算励磁系统动态，因而广泛的应用于精度要求不十分高，但仍需计及励磁系统动态的电力系统动态分析中，较适用于凸极机。 模型导出基于： （1）、忽略定子d绕组、q绕组的暂态，即定子电压方程中取P=P=0 （2）、在定子电压方程中，设ω≈（p.u.）在速度变化不大的过渡过程中，其引起的误差很小。 （3）、忽略D绕组、Q绕组，其作用可在转子运动方程补入阻尼项来近似考虑。 及以下三个定子侧等效实用变量： 为消除转子励磁绕组的变量 、 定子励磁电动势 电机(q轴)空载电动势 电机瞬变电动势 （二）、励磁系统数学模型： 描述同步发电机励磁系统(包括励磁调节器)物理过程的数学方程。是电力系统机电暂态过程数学模型的重要组成部分，主要应用于电力系统稳定计算。
实验一风力发电机组运行实验 一．实验目的 熟悉异步风电机组的工作原理及其并网过程，掌握风速波动时异步风电机组的输出特性和电网故障时异步风电机组的输出特性。 二．实验内容 1. 搭建一个单机容量为1.5MW的异步风力发电系统，并实现其并网运行，电网由单机无穷大系统代替。 2．对该异步风力发电系统和单机无穷大系统中各个模块进行参数设置。 3．观察并记录风速波动时异步风电机组的输出特性和电网故障时异步风电机组的输出特性。 三．实验设备及仪器 1．计算机。 2．MATLAB软件。 四．实验方法 1．并网运行异步风电机组的系统结构 基于普通感应发电机的异步风电机组，一般由风轮、轴系（包括低速轴LS、高速轴HS 和齿轮箱组成）、感应发电机等组成，如图1-1所示。发电机转子通过轴系与风电机组风轮连接，而发电机定子回路与电网用交流线路连接。这种类型的风电机组一旦起动，其风轮转速是不变的（取决于电网的系统频率），与风速无关。在电力系统正常运行的情况下，风轮转速随感应发电机的滑差变化。风电机在额定功率运行状态下，发电机滑差的变化范围为1%~2%,因此正常运行时风轮转速仅在很小范围内变化。 图1-1 基于普通感应发电机的异步风电机组
2．并网运行异步风电机组的仿真模型搭建 首先找到MA TLAB软件并打开，在主页面的菜单栏下面一行点击simulink的标志 ，或者在命令行输入Simulink，执行后就会弹出Simulink Library Browser下图1所示。 图2-1 Simulink Library Browser 然后新建一个model，点击上图file下面的白色框，或者点击file中的new model，弹出图2-2所示图形，然后保存，文件名字一定不能写成中文名，最好用英文字母命名，路径名也最好不要有中文。 图2-2 simulink仿真模型 然后，在图2-1仿真库文件中的Enter search term处输入要找的库元件模块。 上面步骤做好后，开始搜索风电机组所需的元件模块。如图2-3，按照图中每个模块下面的名字搜索即可。搜索到想要的模块后，直接拖曳到图2-2中即可，然后按照图2-3将各个模块连接起来。如果对某个模块的功能不熟悉，可以双击模块，然后选择help，就会有这个模块的一些功能介绍。
某某大学 《电力系统建模及仿真课程设计》总结报告 题目：基于MATLAB的电力系统短路故障仿真于分析 姓名 学号 院系 班级 指导教师
摘要：本次课程设计是结合《电力系统分析》的理论教学进行的一个实践课程。 电力系统短路故障，故障电流中必定有零序分量存在，零序分量可以用来判断故障的类型，故障的地点等，零序分量作为电力系统继电保护的一个重要分析量。运用Matlab电力系统仿真程序SimPowerSystems工具箱构建设计要求所给的电力系统模型，并在此基础上对电力系统多中故障进行仿真，仿真波形与理论分析结果相符，说明用Matlab对电力系统故障分析的有效性。实际中无法对故障进行实验，所以进行仿真实验可达到效果。 关键词：电力系统；仿真；短路故障；Matlab；SimPowerSystems Abstract: The course design is a combination of power system analysis of the theoretical teaching, practical courses. Power system short-circuit fault, the fault current must be zero sequence component exists, and zero-sequence component can be used to determine the fault type, fault location, the zero-sequence component as a critical analysis of power system protection. SimPowerSystems Toolbox building design requirements to the power system model using Matlab power system simulation program, and on this basis, the power system fault simulation, the simulation waveforms with the theoretical analysis results match, indicating that the power system fault analysis using Matlab effectiveness. Practice can not fault the experiment, the simulation can achieve the desired effect. Keywords: power system; simulation; failure; Matlab; SimPowerSystems - 1 - 目录 一、引言 ............................................ - 3 -
直驱风力发电实验仿真平台 技 术 方 案
一、直驱风力发电实验仿真平台设计初衷 在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，风力发电已经成为绿色可再生能源的一个重要途径。永磁直驱风力发电机不仅可以提高发电机的效率，并且因为发电机采用了永磁结构，省去了电刷和集电环等易耗机械部件，提高了系统的可靠性，而且不需要电励磁装置，能在增大电机容量的同时，减少体积。另外，风力机的直驱化也是当前的一个热点趋势。目前大多风力发电系统发电机与风轮并不是直接相连，而是通过变速齿轮连接，这种机械装置不仅降低了系统的效率，增加了系统的成本，而且容易出现故障，是风力发电急需解决的瓶颈问题。直驱式风力发电机可以直接与风轮相连，增加了系统的稳定性，减少了维护工作，并且还降低了噪音。因此鉴于诸多优点，国内各类科研单位，都青睐于对永磁直驱风力发电的研究。 那么，在风力发电产业蓬勃发展的国际环境下，风力发电水平不断提高。科研实验室作为各种新理论和新技术的孕育摇篮，其先期的研究和验证对风电技术的发展和前进起着至关重要的引导和推动作用。进行实验研究最直接有效的方法是将风力发电机与风力机相连，进行现场实际试验。但是鉴于所需要的风场环境以及体积庞大、结构复杂的桨叶设备，实验室内不可能具备条件，只能在室外进行现场调试。但是，受环境、自然因素、天气条件等影响，现场实验困难重重，比如：无法自由的对风速进行变化，某些高风速下的极限测试只能在极少数情况下得以实现，实验周期长，人力、物力、经费投入大；新理论和新技术存在诸多的未知数，实验结果的好坏难以预测，现场调试风险巨大；电气设备的运算和安装不便，不同容量设备难以在同一风力系统进行试验；这些因素都要求在实验室内构件模拟系统来模拟实际风力机的真实工作特性势在必行。 对此，南京研旭电气科技有限公司设计了一整套模拟定桨距式的永磁直驱风力发电的实验仿真平台。通过此平台，研究人员可以研究永磁直驱风力发电机的真实工作特性，可以缩短研究和开发周期、节省研究经费，便于对风力发电系统的控制技术展开全面深入的研究，具有重要的显示意义。
风力发电机模拟试验机组 实验室风力发电模拟试验机组采用调速电机拖动单元，宽范围模拟风力发电机运行转速，用户可根据需要调节拖动单元转速来达到模拟风速变化引起的发电机转速变化。通过开放式主控系统，用户可以根据自己的实验需求给定发电机转矩，通过控制双馈发电机的功率输出，达到变速恒频风力机组的发电等过程各参数的实验研究；通过机组故障模拟，达到对机组常见故障的认识和处理方法。 双馈式风力发电模拟试验机组主要组成部件：调速电机---扭矩仪---双馈发电机 双馈式风力发电模拟试验机组分为拖动单元、控制单元、发电单元、测量单元。 拖动单元：模拟机组因风速变化而引起的转速变化。 控制单元：分析机组状态，控制机组运行，实现数据模拟。 发电单元：绕线转子双馈异步发电机变速恒频发电，与大型风电机组绕组结构模式相似。 测量单元：机组各信号采集传输到主控系统中。 拖动单元的原动机选用异步电动机（也可选用永磁同步电动机、交流同步电动机、直流电动机） 发电单元选用双馈发电机（也可选用永磁同步发电机、直流发电机、交流异步发电机，交流同步发电机） 控制单元选用变频器控制拖动电机转速，用以模拟风速的变化，同时可以方便的通过计算机控制变频器实现电机的转速调节模拟风机出力。 测量单元选用光电编码器采集发电机的转子位置和实时转速，光电编码器安装于发电机后端输出轴上（两台电机联轴间也可安装扭矩传感器，用于测量轴功率和转速）；选用电压、电流、频率等测量传感元件及检测显示表面板、按键，开关模块等，对电量信号进行采集、分析、处理。 机组实现变速恒频风力机组发电状态的模拟，包括转速、转矩、发电量及有功、无功调节。
机组模拟实验内容 1、风力发电机接线形式实验 2、空载运转实验 3、风速模拟实验 4、转距模拟实验 5、发电功率模拟实验 6、其它相关发电性能及测量实验 7、控制策略模拟实验等 8、发电机故障模拟实验 1）定子匝间短路故障 2）定子对地短路故障 3）转子匝间短路故障 4）转子对地短路故障 5）轴承机械故障
仿真计算 1、在PSCAD中建立典型的同步发电机模型，对同步发电机出口三相短路进行仿真研究。要求： （1）运行“同步发电机短路”模型，截取定子三相短路电流波形，并对波形进行分析，验证与理论分析中包含的各种分量是否一致； 图一同步发电机短路模型
图二、定子三相短路电流 定子三相短路电流中含有直流分量和交流分量，其中周期分量会衰减。三相短路电流直流分量大小不等，但衰减规律相同，均按指数规律衰减，衰减时间常数为Ta，由定子回路电阻和等值电感决定，大约在0.2s。交流分量也按指数规律衰减，它包括两个衰减时间常数，分为次暂态过程、暂态过程和稳态过程。 （2）修改电抗参数Xd（Xd’，X’’d），增加或者减小，截取定子三相电流，并与第一步结果对比分析； 图一是Xd`=0.314 p.u，Xd``=0.280 p.u情况下的定子电流波形；图二是Xd`=0.514 p.u, Xd``=0.280 p.u情况下的定子电流波形。显然，随着Xd`的增大定子的电流在减少。
图三、定子三相短路电流 （3）修改时间常数Td（Td’，T’’d），增加或者减小，截取定子三相电流，并与第一步结果对比分析。 参数Td’=6.55s ，Td”=0.039s时定子电流如图一所示；当参数变为Td’=3.55s ，Td”=0.039s是定子电流如图三所示，显然
图四、定子三相短路电流 2、利用暂态仿真软件对下面的简单电网进行建模，对模型中各元件参数进行详细说明，并进行短路计算。将故障点的电流电压波形及线路M端的电流电压波形、相量图粘贴到课程报告上。 要求：
（1）短路类型为①三相故障；②A相接地；③BC两相故障。 （2）两端系统电势夹角取15o δ=。 （3）故障点设置为线路MN中点（25km处）。 （4）仿真结果包括M、N两侧和短路点处的三相电压、电流的瞬时值波形和短路发生后时刻的三相电压、电流相量图。 三、课程学习心得 通过本课程的学习，你有哪些体会和心得，请写出来。可以从以下几个方面考虑，但不局限于这些方面：通过课程你学到了哪些知识；学会了哪些方法；对电力系统的认识；对课程的建议等。 课程的开始复习了一下简单的电力系统稳态分析部分，然后就进行了课程的重点就是电力系统的暂态分析，其中包括PARK变换、标么值下的磁链方程和电压方程、同步发电机各种电势的表达式、发电机阻抗的概述、（次）暂态电抗和（次）暂态电势、发电机三相短路电流、对称分量法、叠加定理、电力系统简单故障分析。学习了几种电力系统分析中的方法，例如分析同步发电机短路时PARK变换将静止三相坐标系的量转化为旋转坐标系dq0的量，还有分析不对称故障时对称分量法转化到相对简单的对称故障分析中。
双馈风力发电模拟实验机组 双馈风电机组（又称：双馈风力发电机模拟试验台），是风力发电行业广泛应用的模拟实验机组，该机组具有模拟变速恒频风力机组并网发电的功能及特性，是风电行业科学研究、教学实验的理想产品。 双馈风电机组分为拖动单元、控制单元、发电单元、测量单元。 本机组使用原动电机为拖动单元，电动机通过联轴器拖动双馈发电机。用户可根据设计的实验目的由控制单元调节电动机转速，达到宽范围模拟大自然风速变化引起的发电机发电状况之变化。用户通过开放式测量单元，可以根据自己的实验需求给定发电机转矩，通过控制双馈发电机的功率输出，达到变速恒频风力机组的并网发电等过程各参数的实验研究。通过机组故障模拟，达到对机组常见故障的认识和处理方法。 拖动单元的原动机选用异步电动机（也可选用永磁同步电动机、交流同步电动机、直流电动机）：模拟机组因风速变化而引起的转速变化。 发电单元选用双馈发电机（也可选用永磁同步发电机、直流发电机、交流异步发电机，交流同步发电机）：双馈发电机变速恒频发电。 控制单元选用变频器控制拖动电机转速，用以模拟风速的变化，同时可以方便的通过计算机控制变频器实现电机的转速调节模拟风机出力。 测量单元选用光电编码器采集发电机的转子位置和实时转速，光电编码器安装于发电机后端输出轴上（两台电机联轴间也可安装扭矩传感器，用于测量轴功率和转速）；选用电压、电流、频率等测量传感元件及检测显示表面板、按键，开关模块等，对电量信号进行采集、分析、处理。 机组实现变速恒频风力机组发电状态的模拟，包括转速、转矩、发电量及有功、无功调节。拖动单元：模拟机组因风速变化而引起的转速变化。 机组模拟实验内容 1、风力发电机接线形式实验 2、空载运转实验 3、风速模拟实验 4、转距模拟实验
风力发电实验室建设方案 １、建设项目必须符合的总要求 风力发电实验室是要求建设一个符合风力发电专业和实际风电专业教学要求的风力发电系统，包括具有无级可变风速及可任意连续可变风向的模拟风力源系统(与并网型双馈风力发电机组配套实验)和三组无级可变风速及6０度连续可变风向的模拟风力源系统（与小型风力发电机组配套实验）。由一套采用主动偏航齿轮驱动形式的、模拟大型变桨距变速恒频风力异步双馈发电机组、双PＷM变流器、电气测控柜和中控台构成的风力发电教学实训系统，以及由三套小型风力发电机和配套仪器仪表所组成的一个符合大、小型风电机组实验技术要求的综合风力发电实验室，以满足学生教学实训要求。同时需要系统地考虑教学实训项目的要求并具一定的特色。所以本建设项目具体实施的投标单位，不仅要吸收目前并网型风力发电设备的新技术，还应紧密结合教学的实际,必须全面满足完成实训项目的要求,模拟风场与变桨距异步双馈发电机组必须符合教学要求的实际原形的物理模拟标准。要能够观察到各种工况的物理过程，获得明确的物理概念,可以探索到现象的本质极其变化的基本规律，在教学实训中可使风力发电实验室的作用和功能得到进一步的拓展，能够进行典型系统的实训,应符合实训教学的可测试性和可操作性。 2、对模拟风场系统结构的基本要求 以风能为动力的发电设备，称为风力发电机组。在实际风电工程中，安装在风电场中的风力发电机组的原动力风能是自然风,风的速度和方向是不断变化的,而功率与风速的立方成正比。因此在实验室的室外模拟风场中必须设计建设一个连续可变风速及可任意连续可变风向的模拟风力源系统。 在室外模拟风场中安装的风力发电机组要求是采用30０W小型风力发电组，整个风场用金属网隔离。 在室内安装的并网型风力发电机组要求设计制造成采用主动偏航齿轮驱动形式的、由变桨距风轮机、齿轮箱和异步双馈发电机组等构成风电主机，风速和风向信号取自于室外模拟风场的模拟风力源系统，变桨距调节信号取自于发电机功率。 并网型风力发电机组的原动力采用直流调速电机，直流调速电机的转速与室外模拟风场中测得的风速成正比。 并网型风力发电机组产生的电能,通过电缆经模拟箱式变电站将其电压由0.６9KV模拟升至10KV后，是经架空线路或电缆模拟输送到风电场的变电所。 3、对并网型风力发电机组的基本要求 并网型风力发电机组的功能是将风中的动能转换成机械能,再将机械能转换为电能，输送到电网中。要求并网型风力发电机组的在设定的模拟风况和电网条件下能够长期安全运行。 3.１、并网型风力发电机组系统 分为风轮、齿轮箱、发电机、塔筒和基础等几个部分。 经过调研和综合分析,为了符合风力发电专业和实际并网型风电工程的教学要求，本并网型风力发电机组设计制造要求是:采用三叶片(叶片长度根据实验室场地允许条件取）围绕叶片纵向轴线转动的变桨距风轮机，具有主动偏航齿轮驱动功能,采用双馈异步发电机。 底盘上安装除了控制器以外的机组主要部件。 塔架支撑底盘达到1M的高度,筒内安置发电机和控制器之间的动力电缆、控制和通信电缆，塔架结构采用筒形。 基础根据实验室的地质情况和塔架筒形结构形式设计。其中心预置与塔架连接的基础部件,保证将风力发电机组牢牢固定在基础上。
风力发电系统建模与仿真
风力发电系统建模与仿真 摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基 础； （2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型； （3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础； （4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及 完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。 关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真 1 风资源及风力发电的基本原理 1.1 风资源概述 （1）风能的基本情况[1] 风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。 风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。 风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。 （2）风能资源的估算 风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下： 3 ω= (1-1) 5.0vρ 式中, ω——风能密度(2 W)，是描述一个地方风能潜力 /m 的最方便最有价值的量；
开题报告 电气工程及其自动化 基于MATLAB/simulink的船舶电力系统建模与故障仿真 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1、本课题国内外研究动态 船舶电力系统是一个独立的、小型的完整电力系统，主要由电源设备、配电系统和负载组成。船舶电站是船上重要的辅助动力装置，供给辅助机械及全船所需电力。它是船舶电力系统的重要组成部分，是产生连续供应全船电能的设备。船舶电站是由原动机、发电机和附属设备（组合成发电机组）及配电板组成的。最近几年，船舶电站采用电子技术、计算机控制技术，实现船舶电站自动化和船舶电站的全自动控制，实现无人值班机舱。船舶自动化技术正朝着微机监控、全面电气、综合自动化方向发展。船舶电站运行的可靠性、经济性及其自动化程度对保证船舶的安全运营具有极其重要的意义。 国外的某些造船业发达的国家在二十世纪中叶就着手船舶电力系统领域的探索，在船舶电力系统稳态、暂态过程等方面进行了细致的研究。近些年来，挪威挪控公司困.R.co咖l)、英国船商公司(TRANSS)、德国西门子公司(SIEMENS)、-日本三菱公司(MITSUBISHD等大公司开始进行船舶电力系统的建模与分析方面的研究工作。国内针对船舶电力系统的研究起步相对较晚，虽然取得了一定成果，但在理论先进性、系统完整性等方面还存在一定差距，这也在一定程度上导致了目前国产船电设备与世界主要造船国家船电设备存在一定差距、装船率偏低等一系列问题。 目前,国内外最常用的建模软件有四中：分别是：matlab、lingo、Mathematica 和SAS。MATLAB用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Matlab开发效率高，自带很多数学计算函数，对矩阵支持好。Lingo可以用于求解非线性规划，也可以用于一些线性和非线性方程组的求解等，功能十分强大，是求解优化模型的最佳选择。Mathematica是一款科学计算软件，很好地结合了数值和符号计算引擎、图形系统、编程语言、文本系统、和与其他应用程序的高级连接。SAS 是一个模块化、集成
三相电压风力发电实验 实验内容 实验1 风束、螺旋桨转速与感应电动势之间的关系 实验2切入风速到额定风速区间功率调节实验 实验3额定风速到切出风速区间调节实验 实验原理 1风能与风速测量 2 发电方式和发电机选择 3 风能的利用 4 风电机组的功率调节方式 5 风能的储存与切换互补 实验仪器 实验的内容与步骤 实验一风速，转速，发电机感应电动势的关系 风速(m/s) 3.5 5 6 6.5 7 7.5 8.5 9.5 10 转速(r/min) 40 52 63 62 73 83 91 105 116 电动势（v) 0.06 0.17 0.26 0.28 0.42 0.46 0.56 0.75 0.82 150(r/min) 表1 1.2 (v) 135 0.9 90 0.6 45 0.3 0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 12.5 (m/s) 0 15 30 45 60 75 90 105 120 (r/min)
实验一结果说明: 1 转速与风速呈线性关系，旋转式风速计就是根据这一原理制成的。 2 发电机感应电动势与转速成正比，符合电磁感应定理。 实验二切入风速到额定风速之间功率调节实验 已知本实验 启动风速：3m/s 切入风速：3.5m/s 额定风速：12m/s 风速(m/s) 转速(r/min) 电压（v) 电流(mA) 功率(W) 3.5 42 0.08 0.01 18.25 5 54 0.27 0.03 20.9 7 80 0.46 0.08 28.8 9.5 121 1.35 0.16 35.6 10 138 2 .56 0.19 38 12 157 3.52 0.22 41 表2 功率 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 2 4 6 8 10 12 14风速（m/s) 实验结果说明： 在恒定阻值下从切入风速到额定风速，所获取的功率逐渐变大，变化的速率越来越快，到额定风速时达到最大值。
校级综合智慧能源实验平台技术需求 1、平台定位与目标 本平台目标是一个建设成一个跨学科、高水平的实验研发平台。 （1）跨学科：该平台能够涵盖我校电气、能源动力、自动化、计算机、经管等主干学科方向； （2）先进性：聚焦当前国内外能源互联网、综合能源系统领域的关键方向的前沿技术，打造涵盖诸多先进技术并将我校重点研发技术与成果充分融合的综合智慧能源实验研发平台。 （3）应用性：以当前在能源互联网领域开展应用或者具有应用潜力的技术为导向。 （4）人才培养：为我校与行业培养研究型、工程型的复合人才。 2、平台的基本形式 平台以物理仿真为主（动模实验平台），可以与软件仿真平台相结合，构成数字物理仿真平台，但二者之间必须紧密结合。 3、平台的主要特色 3.1模块化设计与灵活组合 实现电、冷热、气各部分可以相互独立运行但又彼此联系，整个实验平台构成不同功能模块，模块之间灵活组合，形成不同复杂程度的实验系统。另一方面，通过固定与灵活接线配合，模拟不同运行场景。 3.2平台的高水平与可扩展性 平台应尽可能考虑多种能源电力前沿技术的实验、研究与开发；关键技术与设备尽可能做到成熟产品与开源设备组合接入；配置一定端口，方便中试模块与后期研究设备接入。 4、平台的主要技术特征 （1）多种能源形式互补 平台需要考虑冷、热、电、气以及其他能源形式的协调控制与调度。考虑到
当前能源互联网与综合能源系统中电能是主要能源形式，围绕该领域的前沿技术交叉科研方向最多、技术发展最快，因此，平台的能源形式以电能为主，其他多种能源形式互补协同。 结合我校已有并准备应用于本平台的实验设备，并在此基础上提出目前行业广泛使用或者具有重要科研意义的能源形式。 （2）源网荷储协调 平台要考虑异质能量流在源网荷储整个环节的控制、优化与各种高级应用功能的实现。考虑到现实中源、网、储、荷四个主要环节中主要是通过电能形式进行能量的生产、传输、储存、使用。因此这种协调大多数情况下主要是以电能流为主、其他能流为辅的协调。 （3）新技术新设备应用 本项目希望尽可能将前沿的技术、理念应用到本平台，以确保平台的跨学科与高水平特色。 考虑将综合能源、能源互联网领域的前沿技术如5G通信、PMU、虚拟同步机等技术应用到本实验平台，并设计相应的实验场景与内容。其他相关的前沿技术如有可能也可以论证应用到本平台的可能性并进行应用。 5、平台的各层级特点与要求 本次方案设计按照能源层、信息层与高级应用层予以设计，其中能源层集成了包含冷热电气等不同类型的源网荷储设备，是整个平台的基础；信息层则涵盖整个平台的信息感知、量测、控制等环节，实现整个平台的稳定运行，是整个实验研发平台的中枢；高级应用层则实现整个实验研发平台的优化、实验与高级应用模块，是整个平台的大脑。 5.1能源层 5.1.1源侧 源侧需要结合我校已有并准备应用于本平台的实验设备，并在此基础上提出目前行业广泛使用或者具有重要科研意义的源侧模拟装置，并进行设计。 5.1.2网侧 主要是围绕区域（园区）级能源互联网或综合能源系统的特点，开展电网、冷/热网、气网的规划设计。
湖北警官学院虚拟仿真实验教学建设方案 一、方案背景 虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。为贯彻落实《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高〔2012〕4号）精神，根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，教育部决定于2013年启动开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。其中虚拟仿真实验教学的管理和共享平台是中心建设的重要内容之一。 目前，大多数高校都有针对课程使用实验教学软件，但由于每个专业或课程的情况不同，购买的软件所采用的工作环境、体系结构、编程语言、开发方法等也各不相同。由于学校管理工作的复杂性，各校乃至校内各专业的实验教学建设大都自成体系，各自为政，形成了“信息孤岛”。主要面临如下问题：? 管理混乱，各种实验教学软件缺乏统一的集中管理。 ? 使用不规范，缺乏统一的操作模式和管理方式； ? 可扩展性差，无法支持课程和相应实验的扩展； ? 各系统的数据无法共享，容易形成“信息孤岛”； ? 缺乏足够的开放性； ? 软件部署复杂，不同的软件不能运行在同一台服务器上； 二、方案目标 该方案的目标就是高效管理实验教学资源，实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享，满足多地区、多学校和多学科专业的虚拟仿真实验教学的需求。平台要实现学校购置的所有实验软件统一接入和学生在平台下进行统一实验的目的，通过系统间的无缝连接，使之达到一个整体的实验效果，学校通过该平台的部署，不仅可以促进系统的耦合度，解决信息孤岛的问题，还可以使学校能够迅速实施第三方的实验教学软件。 平台提供了全方位的虚拟实验教学辅助功能，包括：门户网站、实验前的理论学习、实验的开课管理、典型实验库的维护、实验教学安排、实验过程的智能指导、实验结果的自动批改、实验成绩统计查询、在线答疑、实验教学效
毕业论文题目：750KW风力机叶片建模与模态仿真分析 学院： 专业：机械设计制造及其自动化 班级：学号： 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 2014年6月20日
诚信声明 本人声明： 1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果； 2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料； 3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。 作者签名：日期：年月日
毕业设计（论文）任务书 题目： 750KW风力机叶片建模与模态仿真分析 姓名学院专业班级学号 指导老师职称教研室主任 一、基本任务及要求： 1、查阅20篇左右文献资料，撰写开题报告和文献综述。 2、确定叶片主要翼形构成、外形参数及载荷。 3、应用三维建模软件建立叶片三维实体模型。 4、应用仿真软件对复合材料叶片进行模态仿真分析。 5、改变叶片转速，讨论复合材料叶片动力刚化效应对振动的影响。 6、按照要求撰写毕业论文和打印图纸。 二、进度安排及完成时间： 2014.2.20－3.5：课题调研（含毕业实习及撰写毕业实习报告）、查阅文献资料。2014.3.6－3.28：撰写文献综述和开题报告。 2014.3.29－4.8：确定叶片主要翼形构成、外形参数及载荷。 2014.4.9－4.19：应用三维建模软件建立叶片三维实体模型。 2014.4.20－4.27：应用仿真软件对复合材料叶片进行模态仿真分析。 2014.4.28－5.5：改变叶片转速，讨论复合材料叶片动力刚化效应对振动的影响。2014.5.6－5.26：撰写毕业论文、完成设计。 2014.5.27－6.10：整理毕业设计资料，毕业答辩。
电 力 系 统 仿 真 作 业 论 文 电控学院 电气0903 刘娟 0906060301
离散可编程三相电压源PLL和可变频率正序电压和功率测量 the Discrete 3-Phase Programmable Voltage Source PLL and Variable-Frequency Positive-Sequence Voltage and Power Measurements 线路图： 线路结构： 一个25KV，100MVA的短路等效电路网络给一个5MW，5Mvar的负载供电。电源的内部电压通过离散的三相可编程电压源装置来提供。三相电压电流测量装置用来检测三个负载电压和电流。 离散的三相PLL装置用来测量频率，也产生一个基于频率变化的系统电压信号。PLL用来驱动两个测量装置，并把变化的频率考虑在内。其中一个用来计算正序负载电压的标幺值，另外一个用来计算负载的有功和无功功率。这两个装置和PLL必须初始化，以保证初始处在稳态。 PLL和两个测量装置分别在Extras/Discrete in the Control Block 和 Extras/Discrete Measurements中可以找到。 整个系统（包括网络，PLL和测量装置）以50us的采集时间来离散。仿真时间4.0秒，仿真参数ode45(Dormand-Prince)。
基本原理： PLL的概念 PLL其实就是锁相环路，简称为锁相环。许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。目前锁相环主要有模拟锁相环，数字锁相环以及有记忆能力（微机控制的）锁相环。 PLL的特点 锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。 PLL的组成 锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如下图所示。 锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成uD（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压uC（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。
风力机空气动力学实验之一风力发电模拟监控实验 STR-WIND5000 风力发电机变桨距系统 实训指导书 南京工业大学 机械与动力工程学院 2014年11月
实训二发电机的功率与转速的关系实训 1、实训目的 了解永磁同步发电机的功率-转速特性 2、实训设备 风力发电实训装置 3、实训原理 在某一来流风速下，风力发电会在特定转速稳定运行，如下图中，曲线1为该时刻发电机外特性u=f(i),直线1为负载特性，两者的交点即为工作点系统的工作点，在此工作点对应有系统的输出电压u和电流i，二者乘积为系统的输出功率，当负载发生改变时，新的负载特性曲线2与发电机的输出特性曲线1的交点也发生了改变，系统的输出功率也随之改变。当来流风速变化时，风力发电机稳定在另一转速下运行，对应外特性u=f(i)曲线2，负载曲线与其相交点也发生了改变，风力发电机的功率输出也随之改变。 曲线1 发电机电压电流输出特性曲线2 发电机功率跟随转速变化的曲线 图2-1 由此可知来流风速的变化和负载的变化可以改变风力发电机的公路输出。来流风速是风的自然属性，不可人为改变，在风力发电机运行过程中，如果风力发电机所接触的负载不变，发电机的输出功率也不变。当风速发生变化时，风轮的输出功率也会发生改变，而负载功率不变，此时会出现发电机与风轮不匹配的现象，风力发电机的运行效率不高。解决方法之一是可以人为改变发电机负载，使发电机的输出功率发生改变，使风轮和发电机的工作达到匹配状态，即风轮的最佳工作状态。 发电机负载功率特性曲线的计算比较困难，通常通过实验的方法测得，在设计好风轮后，由发电机厂家提供相关永磁电机的功率特性曲线，将给定的特性曲线来计算获得的不同来流风速下风轮功率进行匹配，选择和风轮相匹配的发电机。在离网型风力发电机系统中，负载主要为蓄电池，因此在测试发电机的功率-转速特性时通常以蓄电池为负载进行测试。 4、实训步骤 1）将设备上电，打开变桨控制里面的空开，打开蓄电池空开。 2）打开总电源按钮，开启总电源。 3）按下原动机按钮，将原动机投入进去。 4）在监控中心，点击变频器模块，点击变频器下面的频率，点击开启，然频率从6HZ 开始，到20HZ结束，由小到大，每隔2HZ 一个点，观察风能控制柜上监控的风力发动机输
《新能源发电及并网技术》专题报告风力发电系统建模与仿真 学院电气工程学院 专业电气工程 姓名xxxxxxx 学号xxxxxxxxxxxx 2013年6月
目录 1 风资源及风力发电的基本原理 (1) 1.1 风资源概述 (1) 1.2 风力发电的基本原理 (2) 1.3 风力发电特点 (3) 2 风能及风力机系统模型的建立 (3) 2.1风频模型 (3) 2.2 风速模型 (4) 2.3 风力机建模与分析 (5) 3 变桨距风力发电机组控制系统模型 (10) 3.1 变桨距风力发电机组的运行状态 (10) 3.2 变桨距控制系统 (11) 4风力发电控制系统的模拟仿真分析 (13) 4.1 无穷大系统模型的建立 (13) 4.2 风力发电机系统并网模拟仿真分析 (13) 5 结论 (17) 参考文献 (18)
摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。本文基于风力机发电建立模型，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基础，运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型，然后分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，最后搭建了一套基于PSCAD/EMTDC 仿真软件的风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。 关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真 1 风资源及风力发电的基本原理 1.1 风资源概述 随着世界工业化进程的不断加快，使得能源消耗逐渐增加，全球工业有害物质的排放量与日俱增，从而造成气候异常、灾害增多、恶性疾病的多发，因此，能源和环境问题成为当今世界所面临的两大重要课题。由能源问题引发的危机以及日益突出的环境问题，使人们认识到开发清洁的可再生能源是保护生态环境和可持续发展的客观需要。可以说，对风力发电的研究和进行这方面的毕业设计对我们从事风力发电事业的同学是有着十分重大的理论和现实意义的，也是十分有必要的。 风力发电起源于20世纪70年代，技术成熟于80年代，自90年代以来风力发电进入了大发展阶段。随着风力发电容量的不断增大，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向全桨叶变距控制和变速控制发展。前人在风轮机的空气动力学原理和能量转换原理的基础上,系统分析了定桨距风力发电机组、变桨距风力发电机组、变速风力发电机组的基本控制要求和控制策略，并对并网型风力发电机组的变桨距控制技术进行了一定的研究。变桨距风力发电机组的主要控制是在起动时对风轮转速的控制和并网后对输入功率的控制。通过变距控制可以根据风速来调整桨叶节距角，以满足发电机起动与系统输出功率稳定的双重要求。但由于对运行工况的认识不足，对变桨距控制系统的设计不能满足风力发电机组正常运行的要求，更达不到优化功率曲线和稳定功率输出的要求。 1、风能的基本情况[1] 风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。