并網(wǎng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的建模與仿真

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1、第25卷第1期湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報2010年2月Vol.25No.1JournalofHubeiUniversityofTechnologyFeb.2010[文章編號]1003-4684(2010)0120075206并網(wǎng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的建模與仿真高一丹,張步涵(華中科技大學(xué)電力安全與高效湖北省重點實驗室,湖北武漢430074)[摘要]基于PSCAD/EMTDC仿真平臺搭建了雙饋風(fēng)力發(fā)電機組/風(fēng)力發(fā)電場的暫態(tài)模型.對風(fēng)速變化下風(fēng)電場并網(wǎng)運行的端口特性做了仿真,驗證了模型的正確性.其次,對典型故障情況下并網(wǎng)風(fēng)電場的運行進行了仿真,分析了轉(zhuǎn)速、有功無功等量的動態(tài)響應(yīng),并驗證了轉(zhuǎn)子側(cè)有Cro

2、wbar保護電路的雙饋電機有一定的低電壓穿越能力,有助于故障情況下電網(wǎng)的恢復(fù).[關(guān)鍵詞]雙饋風(fēng)機;矢量控制;解耦控制;運行特性[中圖分類號]TM315[文獻標識碼]:A雙饋變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機已經(jīng)成為目前風(fēng)電開發(fā)的主流機型,它可以根據(jù)風(fēng)速的變化最大限度地1雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的動態(tài)數(shù)學(xué)模型捕獲風(fēng)能,與電網(wǎng)柔性連接,而且和轉(zhuǎn)子繞組相連的變頻器僅需處理雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)差功率,容量小,成1.1風(fēng)力機的數(shù)學(xué)模型本較低,已成為風(fēng)力發(fā)電的研究熱點和市場主流.建風(fēng)力機主要用于把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能,帶動轉(zhuǎn)立正確的雙饋風(fēng)機模型,正確模擬風(fēng)機的端口特性子轉(zhuǎn)動.轉(zhuǎn)速為V,葉片面積為A的風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面的[1]是進行風(fēng)機并

3、網(wǎng)運行特性等后續(xù)研究的基礎(chǔ).密度為ρ的空氣所蘊涵的動能為(風(fēng)速在啟動和額[4]目前普遍采用的雙饋變速恒頻風(fēng)電機組的建模定風(fēng)速之間)3及控制目標為:通過對轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制實現(xiàn)對Pm=0.5ρAVw.(1)雙饋電機定子繞組有功功率和無功功率解耦控制的考慮轉(zhuǎn)換效率Cp,風(fēng)力機輸出的機械能為3目的;通過對網(wǎng)側(cè)變流器的控制實現(xiàn)保持變換器直Pm=0.5ρCpAVw.(2)流電壓恒定,交流側(cè)相電壓和電流同相位,交流側(cè)相輸出機械轉(zhuǎn)矩為[2]電流為正弦波的控制目標.PmΩNPmΩPmTm=×=/=/Ω3.(3)本文基于PSCAD/EMTDC仿真平臺對雙饋風(fēng)ΩPNPNΩNPN力發(fā)電機組的并網(wǎng)運行特性進

4、行了建模與仿真研Cp是葉尖速比和槳距角的函數(shù),當采用定槳距控制究.仿真風(fēng)電場為500MVA的大型風(fēng)電場,由于其時,轉(zhuǎn)換效率只與葉尖速比λ,即葉尖線速度和風(fēng)速在電網(wǎng)中所占比例較大,當電網(wǎng)故障時,若風(fēng)電場在之比有關(guān).葉尖速比λ=Rω/V,V為空氣速度,R為系統(tǒng)故障時采取解列退出的方式,一方面對電網(wǎng)穩(wěn)風(fēng)輪半徑,ω為葉輪旋轉(zhuǎn)角速度.如圖1所示,有最近定性的影響不容忽視;另一方面,會增加系統(tǒng)恢復(fù)難葉尖速比λop對應(yīng)最大風(fēng)能利用系數(shù)Cpmax.即只要度,可能加劇故障,最終導(dǎo)致電網(wǎng)癱瘓.因而,為維持調(diào)整葉輪旋轉(zhuǎn)速度就可以得到最大風(fēng)能利用系數(shù),系統(tǒng)穩(wěn)定運行,要求風(fēng)電機組有一定的低電壓穿越實現(xiàn)最大風(fēng)能

5、追蹤.(LVRT)能力,即風(fēng)機并網(wǎng)點電壓跌落時風(fēng)機能夠保持并網(wǎng),甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率,支持電[3]網(wǎng)電壓恢復(fù),從而“穿越”這個低電壓時間.對雙饋電機在電網(wǎng)故障情況下的動態(tài)響應(yīng)和低電壓穿越能圖1Cp與λ關(guān)系曲線(固定槳距)力有必要進行分析和驗證.[收稿日期]2009-12-15[基金項目]國家自然科學(xué)基金重點項目(50837003).[作者簡介]高一丹(1986-),女,湖北宜昌人,華中科技大學(xué)碩士研究生,研究方向:電力系統(tǒng)及其自動化.76湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報2010年第1期1.2雙饋風(fēng)力發(fā)電機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型中變壓器為圖2中10/4kV降壓變壓器.下面從網(wǎng)大型雙饋風(fēng)機的電機模塊一般

6、采用繞線式異步側(cè)及轉(zhuǎn)子側(cè)簡要介紹控制的原理與在PSCAD中的電機.通過dq解耦,將d2q軸放在同步旋轉(zhuǎn)坐標系實現(xiàn).上來建立雙饋風(fēng)力發(fā)電機的狀態(tài)方程,得到如下5[5]階繞線式異步電機數(shù)學(xué)模型.定子電壓dq動態(tài)模型方程:dψqsuqs=Rsiqs++ωeψds,dt(4)dψdsuds=Rsids+-ωeψqs.dt轉(zhuǎn)子電壓dq動態(tài)模型方程:dψqruqr=Rriqr++ωeψdr,dt(5)圖3在PSCAD中搭建的網(wǎng)側(cè)及dψdrudr=Rridr+-ωeψqr.轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器模型dt運動方程:1)網(wǎng)側(cè)變換器的矢量控制2JdωrTe-Tm=.(6)pdt網(wǎng)側(cè)變換器的功能,就是要穩(wěn)定直

7、流電壓,同時其中,uds、uqs、udr、uqr為定、轉(zhuǎn)子d、q軸電壓;ids、iqs、根據(jù)需要調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因素.按定子電壓定向,電idr、iqr為定、轉(zhuǎn)子d、q軸電流;ψds、ψqs、ψdr、ψqr為定、壓d軸與va重合,則vq=0.由于網(wǎng)側(cè)電壓恒定,所轉(zhuǎn)子d、q軸磁鏈;ψdm、ψqm為定、轉(zhuǎn)子d、q軸互感磁以vd不變,有功功率、無功功率分別與id、iq成正比.鏈;Ls、Lr、Lm為定、轉(zhuǎn)子自感與互感.磁鏈可由電流根據(jù)文獻[5]推導(dǎo)有和電感表示,此外還