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《并网双馈风力发电机组的建模与仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第25卷第1期湖北工业大学学报2010年2月Vol.25No.1JournalofHubeiUniversityofTechnologyFeb.2010[文章编号]1003-4684(2010)0120075206并网双馈风力发电机组的建模与仿真高一丹,张步涵(华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室,湖北武汉430074)[摘要]基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了双馈风力发电机组/风力发电场的暂态模型.对风速变化下风电场并网运行的端口特性做了仿真,验证了模型的正确性.其次,对典型故障情况下并网风电场的运行进行了仿真,分析了转速、有功无功等量的动态响应,并验证了转子侧有Cro
2、wbar保护电路的双馈电机有一定的低电压穿越能力,有助于故障情况下电网的恢复.[关键词]双馈风机;矢量控制;解耦控制;运行特性[中图分类号]TM315[文献标识码]:A双馈变速恒频风力发电机已经成为目前风电开发的主流机型,它可以根据风速的变化最大限度地1双馈风力发电机组的动态数学模型捕获风能,与电网柔性连接,而且和转子绕组相连的变频器仅需处理双馈发电机的转差功率,容量小,成1.1风力机的数学模型本较低,已成为风力发电的研究热点和市场主流.建风力机主要用于把风能转化为机械能,带动转立正确的双馈风机模型,正确模拟风机的端口特性子转动.转速为V,叶片面积为A的风轮旋转面的[1]是进行风机并
3、网运行特性等后续研究的基础.密度为ρ的空气所蕴涵的动能为(风速在启动和额[4]目前普遍采用的双馈变速恒频风电机组的建模定风速之间)3及控制目标为:通过对转子侧变流器的控制实现对Pm=0.5ρAVw.(1)双馈电机定子绕组有功功率和无功功率解耦控制的考虑转换效率Cp,风力机输出的机械能为3目的;通过对网侧变流器的控制实现保持变换器直Pm=0.5ρCpAVw.(2)流电压恒定,交流侧相电压和电流同相位,交流侧相输出机械转矩为[2]电流为正弦波的控制目标.PmΩNPmΩPmTm=×=/=/Ω3.(3)本文基于PSCAD/EMTDC仿真平台对双馈风ΩPNPNΩNPN力发电机组的并网运行特性进
4、行了建模与仿真研Cp是叶尖速比和桨距角的函数,当采用定桨距控制究.仿真风电场为500MVA的大型风电场,由于其时,转换效率只与叶尖速比λ,即叶尖线速度和风速在电网中所占比例较大,当电网故障时,若风电场在之比有关.叶尖速比λ=Rω/V,V为空气速度,R为系统故障时采取解列退出的方式,一方面对电网稳风轮半径,ω为叶轮旋转角速度.如图1所示,有最近定性的影响不容忽视;另一方面,会增加系统恢复难叶尖速比λop对应最大风能利用系数Cpmax.即只要度,可能加剧故障,最终导致电网瘫痪.因而,为维持调整叶轮旋转速度就可以得到最大风能利用系数,系统稳定运行,要求风电机组有一定的低电压穿越实现最大风能
5、追踪.(LVRT)能力,即风机并网点电压跌落时风机能够保持并网,甚至向电网提供一定的无功功率,支持电[3]网电压恢复,从而“穿越”这个低电压时间.对双馈电机在电网故障情况下的动态响应和低电压穿越能图1Cp与λ关系曲线(固定桨距)力有必要进行分析和验证.[收稿日期]2009-12-15[基金项目]国家自然科学基金重点项目(50837003).[作者简介]高一丹(1986-),女,湖北宜昌人,华中科技大学硕士研究生,研究方向:电力系统及其自动化.76湖北工业大学学报2010年第1期1.2双馈风力发电机的动态数学模型中变压器为图2中10/4kV降压变压器.下面从网大型双馈风机的电机模块一般
6、采用绕线式异步侧及转子侧简要介绍控制的原理与在PSCAD中的电机.通过dq解耦,将d2q轴放在同步旋转坐标系实现.上来建立双馈风力发电机的状态方程,得到如下5[5]阶绕线式异步电机数学模型.定子电压dq动态模型方程:dψqsuqs=Rsiqs++ωeψds,dt(4)dψdsuds=Rsids+-ωeψqs.dt转子电压dq动态模型方程:dψqruqr=Rriqr++ωeψdr,dt(5)图3在PSCAD中搭建的网侧及dψdrudr=Rridr+-ωeψqr.转子侧PWM变换器模型dt运动方程:1)网侧变换器的矢量控制2JdωrTe-Tm=.(6)pdt网侧变换器的功能,就是要稳定直
7、流电压,同时其中,uds、uqs、udr、uqr为定、转子d、q轴电压;ids、iqs、根据需要调节电网的功率因素.按定子电压定向,电idr、iqr为定、转子d、q轴电流;ψds、ψqs、ψdr、ψqr为定、压d轴与va重合,则vq=0.由于网侧电压恒定,所转子d、q轴磁链;ψdm、ψqm为定、转子d、q轴互感磁以vd不变,有功功率、无功功率分别与id、iq成正比.链;Ls、Lr、Lm为定、转子自感与互感.磁链可由电流根据文献[5]推导有和电感表示,此外还
