基于SIMULINK的风力机发电效率建模探究

随着我国社会经济的发展，由化石引发的环境污染问题愈发严重，为解决这一问题，我国调整能源战略，着重发展可再生能源，其中风能为主要代表。由于风能应用广泛，技术也日益成熟，本文主要围绕风速对发电功率的影响展开研究，选用厂家提供的中小型发电机，充分利用其机动性强便于安装等特点，研究在深圳气象环境下的发电效率，利用SIMULINK模拟软件建立风力发电系统，模拟风力机发电效率。

随着人类社会的进步，科技的发展，人口的增加，资源利用量也大幅增长，化石能源的大量开采引发了一系列的环境污染和资源短缺问题。国民经济发展的同时对能源需求不断提高，我国政府调整能源利用结构，大力开发可再生能源，减少传统化石能源的开采。可再生能源属于绿色能源，天然生成，使用过程中也无害无污染，现在被广泛应用的有太阳能、风能、地热能和潮汐能等。

这些可再生能源虽然都是无穷无尽的，但是目前还难以实现高效利用，因此要想改善生态环境，解决全球变暖等环境问题的同时实现社会的可持续健康发展，必须重视可再生能源的结构开发和更高效的利用技术[1]。其中风能资源具有储量大、能量密度低和波动大的明显特点。风能可以在实际应用中的各个领域中使用，比如它可以直接在生产中用作电源，也可以转换成高级能量(例如电能)使用。

其中，风能的主要利用方式是风力发电。风力发电的效率不仅受风力资源的影响，而且还与风力发电机的机组性能有关。2021 年11 月，风力发电装机容量再创佳绩。2021 年1~11 月，中国风力发电装机容量30486 万千瓦，同比增长29.0%。2021 年1~11 月风电新增发电装机容量2470 万千瓦。在双碳战略背景下仍维持高景气度，预计风电新增装机容量将持续增长[2]。

良好的风轮功率输出特性是风力发电机组的设计中最终追求的一个目标，而影响风轮输出功率的因素很多，其中风速的变化对风机功率的影响占主要因素。在一定范围内，随着平均风速的增加，风电机组的发电功率就随之增大，但平均风速过大则会导致风电机组出现故障概率上升，从而不能获得更大发电量。由于风速v 是由大自然所决定的，因此不好控制比较随机，且功率与风速的三次方成正比[3]。此次选用小型风力机，仅用于维持家用部分电器的日常工作，对此，此次论文主要研究目的是风速对风轮输出功率的影响，同时小型风力机小巧方便运输可用于偏远地区，对解决用电难问题，具有重要的理论意义和实际意义。由于风机参数各式各样，此工作选用的型号为FD7.0-10KW 风力发电机。

2. 风力机发电原理 2.1. 风力发电机的原理和结构 2.1.1. 风力机原理 风力发电机是一种将风能转换为电能的能量转换装置。发电过程：空气以一定风速作用在风力机风轮上，推动风轮旋转起来，将空气所具有的动能转变成风轮的机械能，风轮的轮毂固定在风力发电机的机轴上，通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转，最终发电机将机械能转变为电能输送给电力系统[4]。

图1 是一种水平轴风力机结构组成图。