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《直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模及仿真分析.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、第12卷第3期重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2010年6月直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模及仿真分析朱興林李山王強(qiáng)鋼z周念成z劉述喜(1．重慶理工大學(xué)，重慶400050；2．重慶大學(xué)，重慶400044)摘要：在PSCAD／EMTDC中建立了包含風(fēng)速、風(fēng)力機(jī)、直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)、軸系扭振模塊、變流器及其控制部分的并網(wǎng)直驅(qū)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型，提出了基于最大風(fēng)能跟蹤控制結(jié)合變槳距控制的策略，研究了在變風(fēng)速輸入和網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)單相短路故障時(shí)直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，仿真結(jié)果表明了并網(wǎng)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型及其控制策略的正確性和可行性
2、。關(guān)鍵詞：PSCAD厄MTDC；風(fēng)力發(fā)電；直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)；最大風(fēng)能跟蹤；變槳距控制中圖分類號(hào)：TM743文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673—1980(2010)03—0168—06風(fēng)力發(fā)電是目前增長(zhǎng)最快的可再生能源_】]。風(fēng)定風(fēng)速時(shí)采用變槳距控制．對(duì)所建立的直驅(qū)型變速力機(jī)分為變速和定轉(zhuǎn)速運(yùn)行兩種運(yùn)行方式，變速運(yùn)恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了綜合的仿真驗(yàn)證。行將獲得高于定轉(zhuǎn)速運(yùn)行20％～30％的風(fēng)能．還能減1直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的工作原小有功功率波動(dòng)和輸出一定的無(wú)功功率。變速恒頻理和仿真模型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以獲得
3、最大風(fēng)能；當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定值時(shí)，須使轉(zhuǎn)速維持1．1直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速附近，本文通過(guò)調(diào)節(jié)槳距角來(lái)實(shí)現(xiàn)。直驅(qū)型同步發(fā)電機(jī)因其成本低、維護(hù)費(fèi)用低、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)成為研究的熱點(diǎn)，由直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)構(gòu)成的直驅(qū)變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)更具有并網(wǎng)靈活，輸出功率因數(shù)可控以及在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，能快速向電網(wǎng)提供無(wú)功維持輸出電壓等優(yōu)點(diǎn)．更成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)I2'引。由于實(shí)際風(fēng)速的變化，直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)的輸出為變壓變頻交流電，需要通過(guò)整流和逆變裝圖1直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)原理圖置變換成工頻的交流電再并入電網(wǎng)中。目前對(duì)于風(fēng)速直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
4、的原理圖如圖1在額定風(fēng)速附近變化以及網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障時(shí)，并網(wǎng)運(yùn)行所示。該系統(tǒng)由可變槳距角的風(fēng)力機(jī)、直驅(qū)同步發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的綜合研究還很少。機(jī)和可控的電力電子變流器等組成．變流器包括二PSCAD，EMTDC是電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計(jì)算方面極管橋式整流及6個(gè)IGBT組成的逆變電路。直驅(qū)最常用的仿真平臺(tái)之一，其主要功能為電力系統(tǒng)時(shí)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行原理是．變槳距風(fēng)域和頻域計(jì)算仿真．典型應(yīng)用為計(jì)算電力系統(tǒng)遭受力機(jī)直接耦合同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子．發(fā)電機(jī)輸出由不擾動(dòng)或參數(shù)變化時(shí)，電氣量隨時(shí)間變化的規(guī)律，還廣可控整流后。經(jīng)電容濾波．達(dá)到符
5、合逆變器輸出要求泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)諧波分析及其電力電子仿真。本的直流電壓，再經(jīng)逆變器將能量饋送給電網(wǎng)。調(diào)節(jié)輸文基于PSCAD／EMTDC建立了直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力出有功功率和無(wú)功功率的任務(wù)由逆變器來(lái)完成。逆發(fā)電系統(tǒng)的模型，在額定風(fēng)速以下運(yùn)行時(shí)采用定槳變器在將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的過(guò)程中．會(huì)產(chǎn)距變速控制跟蹤最大風(fēng)能輸出，當(dāng)外部風(fēng)速超過(guò)額收稿日期：2009一l1—20基金項(xiàng)目：重慶市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(CSTC，2009BB6190)；重慶理工大學(xué)青年基金項(xiàng)目(2008ZQ02)作者簡(jiǎn)介：朱興林(1978一)，男，四川宜賓人，碩士研究生，研
6、究7fill為電力電子與電力傳動(dòng)技術(shù)?！?68·朱興林，李山，王強(qiáng)鋼，周念成，劉述喜：直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模及仿真分析生大量諧波，所以在逆變器輸出與電網(wǎng)之間增加了葉片半徑；為風(fēng)速；為風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械功LC濾波。用以減少諧波含量。率；P為空氣密度；C。為功率利用系數(shù)；為風(fēng)力機(jī)1．2PSCD／EMTDC仿真模型輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。本文建立的直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真由式(4)可以得到輸入同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)械模型由風(fēng)速模型、風(fēng)力機(jī)、直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)、軸系扭轉(zhuǎn)矩。其中C。可用葉尖速比A的函數(shù)表示為：振模型、變流器、逆變器控制和變槳距控
7、制7個(gè)部分?，G(A，=0．22(一0．一5)e(5)組成，下面分別進(jìn)行介紹。1．2．1風(fēng)速模型式中：1=1蘭一二一一∞蛐∞；∞啪為n十片槳距角。風(fēng)電機(jī)組以風(fēng)能作為原動(dòng)力，風(fēng)速直接決定了機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性，風(fēng)速模型一般包括：均值風(fēng)一、在本文的直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)中風(fēng)力機(jī)的槳距角是變陣風(fēng)、漸變風(fēng)和隨機(jī)風(fēng)，因此系統(tǒng)輸入化的，通過(guò)控制槳距角的變化直接控制其輸入系統(tǒng)的風(fēng)速可表示為：的功率。由式(5)可以得出當(dāng)槳距角保持為O。時(shí)，]■Vwind=+++(1)功率利用系數(shù)可以取得最大值，所以在額定風(fēng)速以下運(yùn)行時(shí)應(yīng)保持槳距角=0。。1．2．3直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)模
8、型直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)分為電勵(lì)磁和永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)兩種，本文采用的是電勵(lì)磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)。直驅(qū)型同步發(fā)電機(jī)與普通的同步發(fā)電機(jī)相比，不同的005．010015．0200250300350400是通過(guò)直接耦合方式傳遞能量，具有較低的轉(zhuǎn)速范圍(
