2 自然风速模拟  6 

2.1 自然风速  6 

2.2 组合风速模型  7 

2.3 风轮等效风速模型  10 

2.4 比较两种建模方法  11 

2.4.1 分析对比  11 

2.4.2 结合两种建模方法的综合风速模型设计  12 

3 风力发电机系统模拟  14 

3.1 理论基础  14 

3.1.1 风力发电机的工作原理  14 

3.1.2 风能利用系数与 Betz 理论  15 

3.1.3 变桨距风力机的控制策略  16 

3.2 风力发电机理论建模  17 

3.2.1 风轮建模  17 

3.2.2 发电机建模  20 

3.3 Matlab 模型设计  20 

3.3.1 风电机组参数设计  20 

3.3.2 发电机模型的简化抽象  22 

3.3.3 控制系统策略优化  23 

3.4 模型分析  24 

3.4.1 Matlab 模型运行结果  24 

3.4.2 模型局限性说明及优化设想  27 

4 直流电机调速系统  28 

4.1 直流电机及其控制  28 

4.1.1 直流电机工作原理  28 

4.1.2 直流电机控制  28 

4.2 西门子 6RA70 直流电机调速装置  29 

4.2.1 西门子 6RA70 直流电机调速装置简介  29 

4.2.2 初始设置  30 

本科毕业设计说明书（论文）  第 II  页 共 II 页

4.2.3 双闭环优化设计  31 

5 仿真平台设计与模拟结果  32 

5.1 设计过程  32 

5.1.1 计算机仿真模拟  32 

5.1.2 上位机、下位机通信方案  32 

5.1.3 物理仿真环境设计  33 

5.1.4 转速测量装置  35 

5.2 仿真结果及其分析  35 

6 风未来利用风电机组传动链仿真平台及转速控制算法进行研究的展望  38 

6.1 应用前景  38 

6.2 分析湍流对风力发电机工作的影响  39 结论  44 致谢  45 

参考文献  46 附录 A  物理仿真平台实测转速数据 48

附录 B Matlab 生成 SSC 脚本 50

附录 C 查看风电机组工作状态曲线脚本 51

1 绪论

1.1 课题背景

当今全球能源供应日趋紧张，原油价格不断上涨。同时以燃烧化石能源所带 来的环境污染问题也给全球气候带来了不容忽视的影响。以石油、煤炭为代表的 传统化石能源渐渐地退出历史的舞台是人类社会前进的必然。 

在所有当下探讨的新能源形式当中，风能以其清洁卫生、蕴量丰富、投资成 本较低、技术相对成熟等优点而备受关注。风是人们最熟悉的自然现象，但其形 成过程是相当复杂的，受到一系列因素的影响。要了解风的形成必须先研究包围 着地球的一层称为大气层的空气的运动。空气的流动和水流一样是从压力高处往 压力低处运动。空气流动就形成风。造成空气压力差和流动的根本原因就在于太 阳能[1]。据估计，全球可资利用的风能储量达 200 亿 KW，比全球可利用的水能 总量大 10 倍[1]。其中海上风能的储量是陆上风能储量的 10 倍，更是全球电力