15年风力发电场建模与仿真试卷.doc

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1、依据、(开卷)说明：本试卷同时提交纸质版和电子版，纸质版手工书写，电子版只附相关程序（m文件或模型文件），所有程序内（包括子程序、子模型文件）均需注明姓名和学号。一、（15分）根据塔影效应风速模型，计算轮毂位于不同高度时，三叶片水平轴风力机风轮各区风速随叶轮半径变化曲线。要求：1）绘制塔影效风速分区的几何模型示意图；2）写出不同分区风速计算数学模型；3）编写风速计算程序；4）绘制各区风速随叶轮半径变化曲线。（轮毂高度分别取）二、（15分）根据已知的风能利用系数经验公式，计算双馈风力发电机组风力机轴功率、力矩特性，绘制相应特性曲线（功率，力矩用国际单位制表示）。要求：1）写出风能利用系数、轴功率

2、、力矩计算数学模型；2）编写计算程序；3）绘制不同桨距角下，风能利用系数随叶尖速比变化曲线；4）绘制桨距角为零时，不同风速下风力机功率随叶轮角速度变化曲线，同时绘制不同风速下最大功率曲线；5）绘制桨距角为零时，不同风速下风力机输出力矩随叶轮角速度变化曲线，同时绘制不同风速下最大力矩曲线。计算数据参考教材表7-1。三、（30分）根据无刷直流电机（BLDC）工作原理，写出BLDC电机电压方程、转矩方程、状态方程，并绘制等效电路。根据图1所示控制原理框图，建立基于Matlab/Simulink 的BLDC电机本体模块、电压逆变模块、速度控制模块、参考电流模块、电流滞环控制模块、转矩计算模块、速度计算

3、模块，说明模块建立依据的原理。建立BLDC电机整体控制模型。给出转速、转矩、定子电流、反电动势仿真结果。图1 无刷直流电机控制系统四、（15分）写出三相交流绕线式异步电机定子、转子坐标变换（abcdq）的数学模型，应用Matlab/Simulink仿真模块，建立对应坐标变换的子模型块图。五、（25）图2所示为一个由6台1.5MW双馈异步风力发电机组组成的9MW的风电场。这个风电场连接着一个25kV的分布式发电系统，它的电能通过35km长，电压等级为25kV的馈线（B25）输入到120kV的电网上。有2300kV，2MVA的用电设备也同样连接在B25这条馈线上。这些用电设备包括一台1.68MW的

4、异步电动机和200kW的阻性负载。风力机和电动机负载都有保护系统控制着电压、电流和电动机转速。一个 500 kW 连接在风电场575 V 的线路上。利用Matlab/Simulink既有实例，仿真：1）风速突然上升；2）25-kV系统有接地故障；3）120kV系统电压突然下降的三种情况下，风力发电机组控制系统调节过程，及三种情况下，电机的电压、电流、有功功率和无功功率、总线电压和风机转速变化曲线。要求：1）说明各模块的功能，参数设置；2）说明各模块调用路径；3）根据要求对系统进行仿真，对结果进行分析说明。图2 双馈风力发电机组并网运行电网简化示意图21222012风力发电场建模与仿真风能01一四一五2201506 25（结课考试）原理。建立BLDC电机整体控制模原理。建立BLDC电机整体控制模