５
ｓ。
（１２）
ｆｉ（ｉｔ￡ｉ，Ｅｘｐ）郴‘面Ｑ丽。ｉ≮。茜嘞＋
ｈｐｋ一（群。÷）
（１３）
ＩＩｌ，ｓ，随机风最大最小值分别为０．２ ｍ／ｓ和一０．１
ｍ／ｓ，
风速仿真效果如图５所示。
万方数据
Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ
。翔■墨
第２８卷第３期
电网与清洁能源
图７蓄电池的电量变化和电流电压变化曲线
Ｆｉｇ．７ Ｃｕｒｖｅ ｏｆ ＳＯＣ，ｃｕｒｒｅｎｔ’ｖｏｌｔａｇｅ ａｂｏｕｔ ｂａｔｔｅｒｙ
ｓｕｐｐｏｒｔ
Ｃａｎ
离网小型风力发电系统
为降低系统成本和复杂性，农村户用小型风力
ｒｕｎ
ｓｔａｂｌｙ ａｔ ｖａｒｉｏｕｓ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄｓ ｗｉｔｈ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ
ｃｕｒｒｅｎｔ
ｏｆ ｌｅａｄ—ａｃｉｄ
ｂａｔｔｅｒｉｅｓ．ａｎｄ ｔｈｅ
ｗａｖｅｆｏｌＴｔｌＳ ａｔ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｅｎｄ ｏｆ ｃｕｓｔｏｍｅｒｓ． ＫＥＹ
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｂｕｒｅａｕ，Ａｎｓｈａｎ １ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｏ伍一ｓｎｄ ｗｉｎｄ
ｐｏｗｅｒ
１４２００，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
本在逐渐降低，离网小型风电受到重视，对其系统 的建模和仿真也就变得愈为重要。 １
式，式（１２）中，蓄电池为放电模式时Ｓｅｌ（ｓ）＝０，式（１３）
中，蓄电池为充电模式时Ｓｅｌ（ｓ）＝１。
３离网小型风力发电系统的建模与
仿真
除了在上文中构建封装的模块外，永磁同步发 电机、整流逆变、蓄电池及变压器的Ｍａｔｌａｂ模型在仿 真平台中有封装好的模块，直接调用即可。
３。１搭建系统
把以上建立的各部分模型按照预先设计方案进 行连接，搭建整个离网小型风力发电系统。在 ｓｉｍｕｌｉｎｋ下搭建的系统模型如图４所示。
电逆变成电压稳定的三相交流电，再通过变压器升
基金项目：辽宁省教育厅科研项目（Ｌ２０Ｌ０５００）。
Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｆｕｎｄ
ｏｆ
Ｌｉａｏｎｉｎｇ
Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ
Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ
Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ（Ｌ２０１０５００）．
压到用户需求的电压供用户使用。
万方数据
Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ
（１．沈阳农业大学信息与电气工程学院，辽宁沈阳１１０８６６；２．辽宁省鞍山供电公司，辽宁鞍山１１４２００）
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ
ａｎｄ
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｍａｌｌ Ｏｆｆ－Ｇｒｉｄ Ｗｉｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ
ＴＡＮＧ Ｊｉａｎｇ－ｆｅｎ９１，ＨＡＮ Ｃｈｕｎ－ｃｈｅｎ９２，ＷＡＮＧ Ｐｉｎ９１，ＷＡＮＧ Ｌｉ－ｄｉｌ （１．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｇｒｉｅｕｈｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０８６６，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２．Ａｎｓｈａｎ
滢■圃
７５
第２８卷第３期
电网与清洁能源
速波动的平均距离，ｍ讹；也为０．２１ｒ间服从均匀概
２建立系统各部分模型
２．１风速模型
率分布的随机量。根据数学模型建立的风速的Ｍａｎａｂ 模型和封装后的参数设置对话框如图２所示。
由于风速具有随机性和间歇性的特点，本文中 的风速模型采用四分量叠加法的风速模型Ｍ
ｐ＝”一—Ⅲｒ＋ＶＩ
Ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉａｌｏｇ
ｂｏｘ ａｆｔｅｒ ｍａｓｋｅｄ
渐变风”描述的是风度的渐变特性。其数学模
型为
０Ｊ＜ｎ＃＞Ｚ≯ｒ
２．２风力机模型 （４）
口删一・』Ｔｅ丑－Ｔｒｌ，ｚｌ≤ｌ≤％
ｐ一亿ａ＜７≯ｒ
一台风轮半径为尺的风轮机，在风速为＂时，所产 生的机械功率为月
Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ
第２８卷第３期 ２０１２年３月 文章编号：１６７４—３８１４（２０１２）０３－００７４—０５
电网与清洁能源
Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｖ０１．２８
Ｎｏ．３
Ｍａｒ．２０１２
中图分类号：ｒＩＭ６１４
文献标志码：Ｂ
离网小型风力发电系统的建模与仿真
唐江丰１，韩春成２，王萍１，王立地１
ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ Ｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ
ａｎｄ
ｔｈｅ
ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ
ａｎａｌｙｚｉｎｇ
ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ
（５）
（７）
机械转矩为
船台＝争们≮够，＾）譬
（８）
式中，”为随机风的风速，ｍ／ｓ；ｖ曲随机风的最大值。
ｎｄｓ；Ｒ．ｈ为一１和ｌ之间均匀分布的随机变量；峨为风
式中．口为空气密度，ｋｇ／ｍ３；Ｃｐ（ｆｌ，＾）为风轮机的功率 系数。 根据数学模型建立的风力机的Ｍａｔｌ，ｄ）桴ｌ型如图
万方数据
曩Ｅ墨互Ｆ”＋
７６
Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ
州◆
３所示。
唐江车，等：离网小型风力发电系统的建模与仿真
式中，ｉ￡为放电容量，Ａｈ；ｉ’为低频动态电流，Ａ；ｉ为蓄
电池电流，Ａ；Ｅ沩恒定电压，Ｖ；肋极化常数（Ａｈ一１）
或极化电阻，Ｑ；油蓄电池最大容量，Ａｈ；Ｅｘｐ（ｓ）为指
数区间动态反应电压，Ｖ；Ｓｅｌ（ｓ）表示蓄电池充放电模
Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ，２００８．２４
（５）：４０－－４５（ｉｎ Ｃｈｉｎｅ删． 【２】 李岩．垂直轴风力机技术讲座（六）叽．可再生能源，２００９，２
（６）：ｌ １８—１２０．
ＬＩ
４结语
【３】
Ｙｍ
Ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｘｉｓ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ
ｔｅｅｈｎｄｏｇｙ（Ｖ９ｍ
Ｒｅｎｅ－
Ｃａｎ
ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ
发电机系统采用变速恒频的直驱式永磁同步风力
ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｓｍａｌｌ ｗｉｎｄ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
ＷＯＲＤＳ：ｒｕｒａｌ
ｐｏｗｅｒ；，ｏｇ一
发电系统，由于发电机输出电压的幅值和频率总在 随着风速的变化而变化，因此需要经过整流逆变装 置变换成恒压恒频的交流电才能供用户使用。风力 发电具有间歇性的特点，目前，在国内外，没有任何 风电设备可以实现独立电力供应，无风时即无法供 电，为了延长供电时间，保证风力发电机的输出功 率稳定，在直流侧安装蓄电池ｆ２卅。系统原理如图１ 所示。
酣ｄ；Ｍａｄａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ；ｌｅａｄ—ａｃｉｄ
摘要：在Ｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下建立了离网小型风力发电系 统仿真模型，通过对风速和系统各部分进行理论分析，实现 整体模型的搭建。仿真结果表明，在铅酸蓄电池作用下，系统 能在变化风速下持续稳定运行，负载端电压符合用户要求。 关键词：农村电气化；小型风庖；离网；Ｍａｔｌａｈ詹ｉｍｕｌｉｎｋ；铝酸蓄电池
式中，∥为渐变风风速，ｍ／ｓ；ｖ一为渐变风最大值，ｍ／ｇ；
蹄｛肿２ｃｐ（卢，＾）矿
其中Ａ为叶尖速比，表达式为 ＾：苎里
口
（６）
劝渐变风保持时间，ｓ；兀为渐变风起始时间，ｓ；％为
渐变风终止时间，ｓ。 ２．１．４随机风 随机风。。模拟的是风速变化的随机特性。其数 学模型为 口ＦＷ。丑．ｈ（一ｌ，１）ｃ∞（∞．＋机）
．舴
器囊鼗・
Ｆｉｇ．１
【ｊ 【：
＼＝∥、一 －一 －一
【ｊ 【ｊ
●一
｝｛商鞘
ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ
图１
离网小型Байду номын сангаас力发电系统原理图
Ｔｈｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｏｆｆ－ｇｒｉｄ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｗｉｎｄ
在本系统中，整流部分使用不可控整流电路， 采用二极管整流，该方案结构简单，可靠性高，成本 低，技术瓶颈小，另外由于电力二极管的单向导通 性，可以有效防止在无风的情况下蓄电池功率倒送 到发电机侧园。 逆变部分采用ＳＰＷＭ全功率逆变技术，把直流
２．１．１基本风
【１）
霉屯裂姒一。“一”
吲。＝ｍ，。屯：卜匠一
．
基本风”。描述的是风电场基本风速的变化情 况。可用威布尔（Ｗｅｉｂｕｌｌ）分布描述风电场的年度平 均风速的变化
吾剽≮１１一’萤∑
Ｖｂ＝』０”ｇ＇０ｄ“Ｖ０№：ｃｒ（｝＋１）
数据估算。
２．１．２阵风
（２）
尺度参数ｃ和形状参数ｋ可根据风电场的实测
０００
Ｗ，额定线电压峰值为５０
ｖ，
正＠，＾Ｅｘｐ）－昂《’盘《‘蠡嘞＋Ｌａｐｌａｃｅ－１．
（群。０）
额定转速６００ ｒ／ｍ。在不影响仿真效果的情况下，系 统的仿真时间设置为０．１ ３．２仿真分析 为有效仿真系统各部分的特性，在模型中设置 基本风速３．５ ｒｉｇｓ，阵风峰值为ｌ ｍ／ｓ。渐变风最大值为
ｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｒｅｃｏｕｒｓｅｓ，２００９，２（６）：１１８—１２０（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
姚鑫，栗文义，赵振兴，等．刚柴，储能风力发电系统储能
装置控制与仿真叨．电网与清洁能１媛，２０１ １，２７ｒ（８）：８８－９３
ＹＡＯ Ｘｉｎ，ＬＩ Ｗｅｎ－ｙｉ．ＺＨＡＯ Ｚｈｅｎ－ｘｉｎＳ ｅｔ ａ１．Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｗｉｎｄ／ｄｉｅｓｅｌ／ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ