基于MATLAB的定速風電機組仿真

1、基于MATLAB的定速風電機組仿真答辯人 ： xxx指導教師：xxx2014年6月12日研究內容 本文主要研究了恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)，對恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)做了簡要的介紹，并在恒速恒頻風力發(fā)電并網方面做了一些研究，主要為恒速恒頻風力發(fā)電機在不同風速時，對輸出有功、無功并網電壓的影響，以及當電網故障時，對恒速恒頻風力發(fā)電機的輸出特性。本文也用MATLAB/Simulink軟件對上述的各種狀況進行了仿真，對分析了其結果 風作用在風輪機的葉片上，風輪機利用葉片將風能轉化為機軸上的機械能，傳動裝置將機軸上的較低的旋轉速度的運動轉變?yōu)檗D速較高的轉速，并與發(fā)電機轉子相連接，最后由發(fā)電機將機械能轉化為電能，

2、并通過定子輸送到電力系統(tǒng)中。恒速發(fā)電機的運行原理1、風速風速仿真仿真風速是風力發(fā)電機機的原始動力，它的模型相對比較獨立，可以認為與風力機沒有關系。由于風速具有隨機性和間歇性的特點，在電力系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的情況下，為了能夠較精確地模擬風速這些特點。在本次畢業(yè)設計中，采用國內外經常使用的風力四分量模型：基本風、陣風、漸變風和隨機風。其它的任何情況下的風速都可以由這四個風速分量的線性疊加而得到。恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)并網運行仿真2.風力機的仿真根據(jù)風力機運行特性，風力機模型如圖所示，Pitch angle（deg）為槳距角輸入端口單位為度，本文采用變槳距角控制；Wind speed（m/s）為風速輸入端口

3、，單位為米/秒；Generator speed（pu）為電機轉速的輸入，為標幺值。Tm（pu）為風力機的輸出機械轉矩，也為標幺值。恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)并網運行仿真Generator speed (pu)Pitch angle (deg)Wind speed (m/s)Tm (pu)Wind Turbine由上文描述的鼠籠式風力機的數(shù)學模型可以得到MATLAB/Simulink中的異步電機的仿真模型。Tm為轉子轉矩的輸入；A、B、C為三相電壓得輸出；m為異步電機的工作時變量的輸出端口，由此端口可以得到異步電機運行時的各種參量。恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)并網運行仿真 mABCTmAsynchronous

4、 Machine100km lineABCThree-Phase SourceABCThree-PhaseSeries RLC LoadABCabcB35(35 kV)66ohms ABCabcn235 kV/ 690 V2 MVA ABCabc220 kV/35 kV47 MVANABC220 kVABC200 kvar 恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)并網運行仿真 本文是通過單機容量1.5MW，出口電壓690V的風力發(fā)電機，經機端變壓器升壓至35KV，通過長度為100km、電抗為x=0.41/km的架空輸電線路傳輸，再經變壓器升壓至220KV，之后與無窮大系統(tǒng)相連。如圖。 其中，無功補償設備采用固定電

5、容器，其無功功率為200kVar；690V到35KV升壓變壓器的額定容量為2000KVA，其它參數(shù)不變；100km輸電電路用簡化的等效模型，即阻抗為41的三相電抗來模擬；35KV到220KV的升壓變壓器的額定容量設為47000KVA，其它參數(shù)不變。無窮大系統(tǒng)使用兩個額定電壓為220KV的電源和額定電壓為220KV的負載來等效。恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)并網運行仿真PhasorspowerguiWind (m/s) TripmABC mwind (m/s)tripABCWindABCABCm_wt2windm0Constant1ABCabcABCabcVabc_B35 P_B35Q_B35V_B35I

6、_B35ABCabcn2ABCabcNABCABC200 kvar恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)并網運行仿真系統(tǒng)仿真圖如下：3.1各種風速下的各種風速下的運行情況運行情況（1）漸變風在0秒是設定風速為 8m/s，在 t2s 時刻，漸變風開始出現(xiàn)。其上升時間為3s，達到峰值11s時，風速保持時間為2s，漸變風風上升速度為 1m/s。在漸變風擾動下的運行情況。風速波形如圖 所示。仿真結果分析 在漸變風風速下，風力發(fā)電機輸出的有功功率的變化曲線如圖 風力電機隨著風的速度變化輸出的無功功率的變化曲線如圖 仿真結果分析 風電場機端電壓的變化情況如圖仿真結果分析 （2）陣風 最初時刻假設風的速度為 9m/s，在 t

7、4.5s 時，陣風擾動出現(xiàn)。陣風的持續(xù)時間為1s，最大風速為為21 m/s。仿真結果分析 陣風變化曲線有功功率變化曲線無功功率變化曲線端口電壓變化曲線（3）組合風假設基本風風速為 9m/s；漸變風、陣風的條件分別與（1）（2）相同，隨機風平均值為0，仿真運行到10s。仿真結果分析風電場出口短路故障運行情況 在MATLAB仿真運行的過程中，風速基本維持9m/s不變，當仿真運行到2s時，風電場與電網連接處附近發(fā)生三相短路故障，經過4s左右時間，開關動作，故障被切除。仿真結果分析仿真結果分析有功功率變化曲線仿真結果分析無功功率變化曲線仿真結果分析出口電壓變化曲線 從運行結果可以看出，故障切除回復正常運行后，風電場的有功功率和電壓的恢復較快，在低電壓期間，風電場吸收的無功功率大幅度增加。仿真結果分析三相斷線故障在MATLAB運行到 3s 時，風電場與電網之間連接的饋電線路中的發(fā)生三相的斷線故障。從MATLAB的仿真結果可以看出來，該風力發(fā)電機組在聯(lián)絡線發(fā)生斷線故障后，有功功率的輸出迅速減為0。仿真結果分析有功功率變化曲線無功功率變化曲線出口電壓變化曲線 本次設計使用MATLAB/Simulin