定速風(fēng)電機組的仿真報告

1、.定速風(fēng)電機組的仿真組員：江天天 趙正 嚴(yán)亞俊一、簡介基于普通感應(yīng)發(fā)電機的定速風(fēng)電機組，一般由風(fēng)輪 、軸系（包括低速軸LS、高速軸 HS 和齒輪箱組成 ）、感應(yīng)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(fēng)電機組風(fēng)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(fēng)電機組一旦起動，其風(fēng)輪轉(zhuǎn)速是不變的（取決于電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率），與風(fēng)速無關(guān) 。 在電力系統(tǒng)正常運行的情況下，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速隨感應(yīng)發(fā)電機的滑差變化 。風(fēng)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(fēng)輪轉(zhuǎn)速僅在很小范圍內(nèi)變化。風(fēng)風(fēng)輪軸系感應(yīng)發(fā)電機升壓變壓器LS電網(wǎng)HS并聯(lián)電容器組圖 1 ：基于普通

2、感應(yīng)發(fā)電機的定速風(fēng)電機組.下載可編輯 .二、工作原理 ：風(fēng)電機組通過三葉片風(fēng)輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機械能，風(fēng)能輸出的機械功率為：注釋：空氣密度 ；：通過風(fēng)力機葉片的風(fēng)速；：葉尖速比 ；：葉片漿距角 ；：葉片旋轉(zhuǎn)半徑 ；：葉片旋轉(zhuǎn)角速度 ；：葉片掃風(fēng)面積 ；：功率系數(shù) （與葉尖速比以及葉片漿距角有關(guān)）。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(yīng)某一確定的漿距角 ，有一極大值存在 ，也就是說 ，當(dāng)風(fēng)力機運行時不能保證在所有的風(fēng)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 。.下載可編輯 .圖 2：關(guān)系曲線圖 3 ：風(fēng)電機組功率特性定速風(fēng)

3、電機組的風(fēng)輪從風(fēng)中獲取機械能，然后通過齒輪軸系傳遞給感應(yīng)發(fā)電機，感應(yīng)發(fā)電機再把機械能轉(zhuǎn)換成電能，輸送到電網(wǎng)中 。 感應(yīng)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(yīng)發(fā)電機無法控制無功功率，所以利用無功補償器來改善風(fēng)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。現(xiàn)代定速風(fēng)電機組的風(fēng)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(yīng)。定速風(fēng)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(fēng)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(fēng)速下 ，風(fēng)電機組風(fēng)輪開始失速，失速條件始于葉片根部，并隨著風(fēng)速加大逐漸發(fā)

4、展到全部葉片長度。這種失速控制方式成本低廉，但是低風(fēng)速下風(fēng)電機組發(fā)電效率較低。而葉片角控制定速風(fēng)電機組為采用負(fù)漿距角的主動失速控制方式 。主動失速設(shè)置為在風(fēng)速低于額定風(fēng)速時優(yōu)化處理，在風(fēng)速超過額定.下載可編輯 .風(fēng)速時限制出力為額定功率。這種主動失速控制方式能夠提高風(fēng)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 】Thr

5、ee-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(fēng)電機組模塊 】Goto 【跳轉(zhuǎn)模塊 】Constant 【常數(shù)系數(shù)模塊 】From Workspace 【從工作空間中輸入數(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(fēng)電機組經(jīng)過升壓，通過長度為100km 、.下載可編輯 .電抗為的架空輸電線路與外部系統(tǒng)相連

6、。參考 MATLAB 中風(fēng)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(fēng)電機組子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（右鍵單擊風(fēng)電機組模塊WindTurbine ，然后選中下拉列表中的 “Look undermask”選項，打開后可見定速風(fēng)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).下載可編輯 .圖 5 ：定速風(fēng)電機組子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、參數(shù)設(shè)置【Three-Phase Source 】.下載可編輯 .【Three-Phase Transformer(Two Windings)】.下載可編輯 .【Three-Phase Fault 】 電網(wǎng)正常運行時 ，Three-Phase Fault 模

7、塊不用設(shè)置 ，即為默認(rèn) ，如下左圖 。 電網(wǎng)故障運行時 ，參數(shù)設(shè)置如下右圖 ：.下載可編輯 .【Three-Phase PI Section Line】.下載可編輯 .【Three-Phase V-I Measurement】【W(wǎng)ind Turbine Induction Generator(Phasor Type)】.下載可編輯 .【Goto 】【Constant 】.下載可編輯 .【From Workspace 】【Bus Selector 】.下載可編輯 .【Abs】【Scope 】【Powergui 】.下載可編輯 .【SimulationConfiguration Parameter

8、s】.下載可編輯 .2、風(fēng)電機組輸出特性仿真在仿真時 ，由于需要風(fēng)電場在某段時間內(nèi)的風(fēng)速數(shù)值，于是參考相關(guān)文獻1 ，并運用 MATLAB 模擬出陣風(fēng) 、漸變風(fēng)時的風(fēng)速 ，下面將詳細介紹 ： 當(dāng)輸入為陣風(fēng)時 ：首先，運用 MATLAB 模擬出陣風(fēng)時的風(fēng)速 ，程序附錄一 ；其次，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入 excel 表中；接著，在 MATLAB 的命令窗口中輸入以下程序?qū)?shù)據(jù)讀到工作空間變量y中：y=xlsread( 'D:MATLAB_R2012aworkzhenfengVwg.xls');且，由于之前已經(jīng)設(shè)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：.下載可編輯 . 當(dāng)輸入為漸變

9、風(fēng)時 ：首先，運用 MATLAB 模擬出漸變風(fēng)時的風(fēng)速 ，程序附錄二 ；其次，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入 excel 表中；接著，在 MATLAB 的命令窗口中輸入以下程序?qū)?shù)據(jù)讀到工作空間變量y中：y=xlsread( 'D:MATLAB_R2012aworkjianbianVwr.xls');且，由于之前已經(jīng)設(shè)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：.下載可編輯 .由仿真曲線可以看出 ，風(fēng)電機組機端電壓 、輸出有功功率和無功功率以及風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速都隨其輸入風(fēng)速的變化而變化。由于定速風(fēng)電機組采用感應(yīng)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(fēng)

10、電機組輸出特性仿真利用模型中的三相故障模塊設(shè)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(shè)置為0，終止時間設(shè)置為1S。.下載可編輯 .當(dāng)輸入風(fēng)為基本風(fēng) （恒風(fēng)速）時：首先，直接在 excel 表中輸入兩列數(shù)據(jù) ，一列是：時間，從 0 開始，間隔為 0.001S，一直取到 1S 為止；另一列：風(fēng)速，風(fēng)速全為 15m/s;然后，在 MATLAB 的命令窗口中輸入以下程序?qū)?shù)據(jù)讀到工作空間變量y中：y=xlsread( 'D:MATLAB_R2012aworkguzhangzhenfengVwggz15.xls');且，由于之前已經(jīng)設(shè)置好參數(shù)及相關(guān)

11、命令，同時將 Three-Phase Fault 模塊進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置 ，在此，可以直接仿真 ，得到如下結(jié)果 ：.下載可編輯 .從仿真曲線可以看出 ，電網(wǎng)故障時定速風(fēng)電機組的感應(yīng)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)通過本次的實驗應(yīng)用仿真，本小組了解到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本模型，并對各個模塊的作用及參數(shù)設(shè)置有一定的認(rèn)識。根據(jù)本次的仿真結(jié)果，可以得出定速風(fēng)電機組不論在正?；蚬收线\行時，輸出有功功率的同時，都要從電網(wǎng)中吸收無功功率 。 而在仿真的過程中 ，需要注意到 ，在運行這個模型時，首先要從xls 文件中讀取風(fēng)速 ，否則運行發(fā)生錯誤 ，無法獲得最終的結(jié)果 。六、參考

12、文獻1 楊之俊 .基于 Matlab 的組合風(fēng)速建模與仿真 J.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008 ，13 （3）:74-77.附錄：附錄一% 陣風(fēng)風(fēng)速pi = 3.14;Gmax = 15;% 陣風(fēng)峰值m/sTg = 30;% 陣風(fēng)周期S.下載可編輯 .Tlg = 0;% 陣風(fēng)開始時間t = 0:0.01:30;Vwg = (Gmax/2)*(1-cos(2*pi*(t-Tlg)/Tg);save 'Vwg.txt'Vwg-ascii ;y=xlsread( 'D:MATLAB_R2012aworkzhenfengVwg.xls'); %讀入數(shù)據(jù)% 漸變風(fēng)速Rmax = 15;% 漸變風(fēng)速最大值m/sTr = 30;%漸變風(fēng)