风力发电系统

获奖团队介绍

学校：昆明理工大学
指导老师：梅宏、张涛红
团队成员：张健、杨昊、王玥婷

简介

本案例介绍风力发电系统，通过模拟风力发电运动过程的变桨、偏航、机械转轴传动和电力系统等部分，分析风力发电各子系统的运行情况。
风力发电系统有以下 4 个子系统：空气动力学模型、机械转轴传动模型、异步双馈感应发电机、5 节点系统模型。

• 空气动力学模型 ：风机凭借安装于机舱顶部的风向传感器感知风向，控制系统计算转头角度，偏航系统控制驱动机舱转动，使叶轮迎向最佳风向。
• 机械转轴传动模型 ：齿轮传动，增速齿轮箱将风轮的低转速提高到满足发电机的转速的要求，确保机械能转化为电能。
• 异步双馈感应发电机 ：该发电机可通过独立控制转子励磁电流，减少了无功功率在电网中的传输损耗，提高了电能质量和电网运行效率。
• 5 节点系统模型 ：通过潮流分析，可以确定各节点的电压幅值、相角以及各支路的功率分布。

使用说明

在风力发电系统中，仿真风力发电机模型、机械转轴传动、双馈发电机、为双向融合案例，PID 集成控制为独立的 Syslab 案例，5 节点系统模型为单独的 Sysplorer 案例。
在打开主要模型前，首先需要在 Syslab 加载对应的.jl文件，路径如下：

• 空气动力学模型：Demo_WindTurbine/syslab/风力发电机模型.jl
• 机械转轴传动模型：Demo_WindTurbine/syslab/机械转轴传动.jl
• 双馈发电机模型：Demo_WindTurbine/syslab/双馈发电机.jl
• PID 集成控制模型：Demo_WindTurbine/syslab/PID集成控制.jl

仿真结果分析

空气动力学模型

1.空气动力学模型为双向融合案例，首先在 Syslab 中打开案例风力发电机模型.jl，单击仿真，仿真结果如下：风力发电机随风速逐级提升，实现风力发电输入设置。

• 风机风速、功率曲线：

2.从 Syslab 软件中，打开 Sysplorer，选择 WindTurbineAerodynamics，单击仿真，仿真结果如下：风力发电机的偏航角和变距角随风向和风速发生变化，在最佳功率区间发电。 - 偏航角和变距角曲线：

3.空气动力学模型可以在 Sysplorer 中加载，绘制三维动画，单击仿真界面>选择图表>动画，绘制三维动画，单击回放控制>播放按钮，实现动画播放。

机械转轴传动模型

1.机械转轴传动模型为双向融合案例，首先在 Syslab 中打开案例机械转轴传动模型.jl，单击仿真，仿真结果如下：齿轮箱在需要变速的系统中起到增速的作用，使发电机能够在合适的转速下工作，从而将机械能高效地转换为电能。

• 转轴变速齿轮传动比曲线：

2.从 Syslab 软件中，打开 Sysplorer，选择 RotatingShaftMechanicalDrive，单击仿真，仿真结果如下：风力发电机机械传动系统维持恒定转速。

• 偏航角和变距角曲线：

3.机械转轴传动模型可以在 Sysplorer 中加载，绘制三维动画，单击仿真界面>选择图表>动画，绘制三维动画，单击回放控制>播放按钮，实现动画播放。

双馈发电机模型

1.双馈发电机模型为双向融合案例，首先在 Syslab 中打开案例双馈发电机.jl，单击仿真，仿真结果如下：双馈发电机功率随转速线性变化，实现发电功能。

• 双馈发电机转速、功率曲线：

2.从 Syslab 软件中，打开 Sysplorer，选择 DoublyFedInductionGenerator，单击仿真，仿真结果如下：双馈发电机功率随转速线性变化，与设计数据一致，实现发电功能。 - 双馈发电机的角度、功率曲线：

PID 集成控制模型

PID 集成控制模型是在 Syslab 中进行转速、功率、转矩控制调节，仿真结果如下：完成三个变量相关的三维散点图绘制。

5 节点系统模型

5 节点系统模型是在 Sysplorer 中进行 FiveNodeSystem 模型仿真，仿真结果如下：可以观察系统中发电机的输出电压、变压器的有功功率、无功功率等变化情况，可实现对电能的分析与电力设备的选择。

版本说明

V0.0.1，2025-09-03 10:59

• 初始版本

使用许可

本模型库版权由昆明理工大学蓝桥杯参赛团队版权所有，未经原创作者许可，不得用于商业用途。