定速風電機組的仿真

1、定速風電機組的仿真組員： 32111222王浩 32111208樂姍姍 32111207瞿振林 32111212劉潔波一、簡單介紹基于普通感應發(fā)電機的定速風電機組，一般由風輪、軸系（包括低速軸LS、高速軸HS和齒輪箱組成）、感應發(fā)電機組等組成，如圖1所示。發(fā)電機轉(zhuǎn)子通過軸系與風電機組風輪連接，而發(fā)電機定子回路與電網(wǎng)用交流線路連接。這種類型的風電機組一旦起動，其風輪轉(zhuǎn)速是不變的（取決于電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率），與風速無關(guān)。在電力系統(tǒng)正常運行的情況下，風輪轉(zhuǎn)速隨感應發(fā)電機的滑差變化。風電機組在額定功率運行狀態(tài)下，發(fā)電機滑差的變化范圍為1%2%，因此正常運行時風輪轉(zhuǎn)速僅在很小范圍內(nèi)變化。圖 1：基于普通感應

2、發(fā)電機的定速風電機組二、工作原理：風電機組通過三葉片風輪將風能轉(zhuǎn)換成機械能，風能輸出的機械功率為： 注釋： 根據(jù)不同的取值，可得到的曲線如圖2所示，從圖中可以看出，對應某一確定的漿距角，有一極大值存在，也就是說，當風力機運行時不能保證在所有的風速下都能夠產(chǎn)生最大的功率輸出。的理論最大值為0.593，這就是著名的Betz極限。圖2：關(guān)系曲線圖 3：風電機組功率特性定速風電機組的風輪從風中獲取機械能，然后通過齒輪軸系傳遞給感應發(fā)電機，感應發(fā)電機再把機械能轉(zhuǎn)換成電能，輸送到電網(wǎng)中。感應發(fā)電機向電網(wǎng)提供有功功率，同時從電網(wǎng)吸收無功功率用來勵磁。因為這種類型的感應發(fā)電機無法控制無功功率，所以利用無功補償

3、器來改善風電機組的功率因數(shù)，降低機組從電網(wǎng)中吸收的總的無功功率?，F(xiàn)代定速風電機組的風輪轉(zhuǎn)速為1520r/min，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的同步轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率對應。定速風電機組可以采用定漿距控制，也可以采用葉片角控制。其中，定漿距控制風電機組為被動失速控制，它將葉片以固定漿距角用螺栓固定在輪轂上，在給定風速下，風電機組風輪開始失速，失速條件始于葉片根部，并隨著風速加大逐漸發(fā)展到全部葉片長度。這種失速控制方式成本低廉，但是低風速下風電機組發(fā)電效率較低。而葉片角控制定速風電機組為采用負漿距角的主動失速控制方式。主動失速設置為在風速低于額定風速時優(yōu)化處理，在風速超過額定風速時限制出力為額定功率。這種主動失速控制方式

4、能夠提高風電機組的發(fā)電效率。三、仿真模塊：Three-Phase Source【三相電源模塊】Three-Phase Transformer(Two Windings)【三相雙繞組變壓器模塊】Three-Phase Fault【三相故障模塊】Three-Phase PI Section Line【三相型等值電路模塊】Three-Phase V-I Measurement【三相電壓電流測量元件模塊-模擬母線】Wind Turbine Induction Generator(Phasor Type)【風電機組模塊】Goto【跳轉(zhuǎn)模塊】Constant【常數(shù)系數(shù)模塊】From Workspace【從

5、工作空間中輸入數(shù)據(jù)模塊】Bus Selector【總線選擇器模塊】Abs【求取絕對值模塊】Scope【觀測儀模塊】Powergui【電力圖形用戶分析界面模塊】四、模型仿真：一臺單機容量為1.5MW的定速風電機組經(jīng)過升壓，通過長度為100km、電抗為的架空輸電線路與外部系統(tǒng)相連。參考MATLAB中風電機組模型建立如圖3所示單機無窮大電源的仿真系統(tǒng)。圖4為定速風電機組子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（右鍵單擊風電機組模塊Wind Turbine，然后選中下拉列表中的“Look under mask”選項，打開后可見定速風電機組子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）。圖 4：單機無窮大電源的仿真系統(tǒng)圖 5：定速風電機組子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、參數(shù)設置【Th

6、ree-Phase Source】【Three-Phase Transformer(Two Windings)】【Three-Phase Fault】電網(wǎng)正常運行時，Three-Phase Fault模塊不用設置，即為默認，如下左圖。電網(wǎng)故障運行時，參數(shù)設置如下右圖：【Three-Phase PI Section Line】【Three-Phase V-I Measurement】【W(wǎng)ind Turbine Induction Generator(Phasor Type)】【Goto】【Constant】【From Workspace】【Bus Selector】【Abs】【Scope】【Po

7、wergui】【Simulation Configuration Parameters】2、風電機組輸出特性仿真在仿真時，由于需要風電場在某段時間內(nèi)的風速數(shù)值，于是參考相關(guān)文獻1，并運用MATLAB模擬出陣風、漸變風時的風速，下面將詳細介紹：當輸入為陣風時：由于之前已經(jīng)設置好參數(shù)及相關(guān)命令，在此，可以直接仿真，得到如下結(jié)果當輸入為漸變風時：得到如下結(jié)果：由仿真曲線可以看出，風電機組機端電壓、輸出有功功率和無功功率以及風電機組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速都隨其輸入風速的變化而變化。由于定速風電機組采用感應發(fā)電機，因此其在輸出有功功率的同時，要從電網(wǎng)中吸收無功功率。3、電網(wǎng)故障時風電機組輸出特性仿真利用模型中的三相故障模塊設置電網(wǎng)在0.02S時刻發(fā)生三相短路故障，到0.1S時故障消失，仿真起始時間設置為0，終止時間設置為1S。當輸入風為基本風（恒風速）時：得到如下結(jié)果：從仿真曲線可以看出，電網(wǎng)故障時定速風電機組的感應發(fā)電機要從電網(wǎng)中吸收大量的無功功率，以維持機端電壓。五、仿真總結(jié) 通過學習MATLAB在風里發(fā)電系統(tǒng)當中的應用定速風電機組的仿真，我們了解了風力發(fā)電系統(tǒng)的仿真的模型，并且對各個模