基于PID控制器的水力风力蓄电池联合发电系统simulink建模与仿真 - 详解

目录

1.课题概述

2.系统仿真结果

3.核心程序

4.系统原理简介

5.参考文献

6.完整工程文件

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1.课题概述

利用PID（比例 - 积分 - 微分）控制器的精准调节能力，建立了能源的互补利用与出力平滑控制，有效提升了平台的可靠性、稳定性和经济性。​该系统的核心架构由水力发电单元、风力发电单元、蓄电池储能单元、负荷单元、PID控制单元组成。其中，蓄电池储能单元作为能量缓冲环节，在系统出力过剩时储存电能，在出力不足时释放电能，起到削峰填谷的作用。

2.系统仿真结果

3.核心程序

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4.平台原理简介

基于PID控制器的水力风力蓄电池联合发电系统，其核心原理围绕 “多能源出力预测-功率偏差检测-PID动态调节-多设备协同响应”展开，通过PID控制器对水力、风力、蓄电池的出力进行闭环控制，构建体系功率平衡与电能质量稳定。

风力发电子系统

风力发电子系统通过风力发电机组将风能转化为电能，核心设备包括风轮、齿轮箱、发电机（多为永磁同步发电机）及变流器。其出力特性直接依赖风速，数学模型可简化为：

当风速低于切入风速（通常 3-4m/s）时，机组不发电；风速在切入风速与额定风速（通常 12-15m/s）之间时，通过调节桨距角β或发电机转速，使Cp​维持最大值，实现最大功率追踪（MPPT）；风速超过额定风速时，增大桨距角β以降低Cp​，限制输出功率不超过额定值。但风速的随机波动会导致Pw​频繁变化，需PID控制器与变流器配合，抑制功率波动。

水力发电子系统

水力发电子系统通过水轮发电机组将水流的势能与动能转化为电能，核心设备包括拦水坝、引水管道、水轮机（如混流式、轴流式）、发电机及调速器。其出力由水流流量与水头决定，数学模型可简化为：

其中， Ph 为水轮发电机输出功率（kW）， ηh 为水轮发电机组效率（通常0.85-0.95）， Q 为利用水轮机的流量（m³/s）， H为作用于水轮机的净水头（m）。

出力相对稳定，但受流域降雨量、水库调度策略影响， Q和H会随季节变化（如枯水期Q减小， Ph下降）。环境中，水力发电主要承担 “基荷” 供电任务，依据调速器调节导水叶开度控制Q ，进而调节Ph ​ ；当负荷或风电出力变化时，PID控制器可通过微调导水叶开度，高效补偿功率偏差，增强系统稳定性。就是水力发电的优势

蓄电池储能子系统

蓄电池储能子系统是联合发电系统的 “缓冲器” 与 “调节器”，核心设备包括蓄电池组（如锂电池、钒液流电池）、双向变流器（PCS）及电池管理系统（BMS）。其核心作用是 “削峰填谷”：

当风电+水电总出力Ptotal ​=Pw ​+Ph ​大于负荷需求Pload ​ 时，蓄电池充电，储存过剩电能；当P total ​ <P load ​ 时，蓄电池放电，补充功率缺口。

5.参考文献

[1]焦健.基于模糊控制的风水互补发电系统建模与仿真[D].东北石油大学,2013.

[2]田录林,张盛炜,田琦,等.含太阳能光热电站的风-光热-水电力系统联合优化调度[J].通信电源技术, 2018, 35(11):4.DOI:CNKI:SUN:TXDY.0.2018-11-007.

6.完整工程资料

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