PSASP風力發(fā)電機模型使用說明

1、6.2x風力發(fā)電機模型使用說明中國電力科學研究院綜合程序室二OO八年六月電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明 # 1模型類型及概況電力系統(tǒng)分析綜合程序(PSASP6.2x)中的風力發(fā)電機模型現(xiàn)有兩類一鼠籠異步風力發(fā)電機和雙反饋氏驅風力發(fā)電機通用模型，以后還將逐步擴充。前者用于模擬定速定槳矩風機，后者用于模擬變速變槳矩風機。鼠籠風機模型對應7型發(fā)電機模型，雙饋H驅通用模型對應8型發(fā)電機模型。在“公用參數(shù)()”菜單最下方增加填寫兩類風力發(fā)電機公用參數(shù)的菜單命令，如圖11所示。圖1-1風力發(fā)電機公用參數(shù)菜單電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序HMP風力發(fā)電機模型說明電

2、力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序HMP風力發(fā)電機模型說明電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明02模型參數(shù)2.1鼠籠異步風力發(fā)電機參數(shù)鼠籠異步風力發(fā)電機參數(shù)頁如圖2-1所示。圖2-1鼠籠異步風力發(fā)電機參數(shù)頁面“基本參數(shù)”標簽內容供用戶填寫，“風輪及軸系參數(shù)”和“風能轉換參數(shù)”內容為以后功能擴展預留。各參數(shù)及含義如表21所示。表2-1鼠籠異步風力發(fā)電機參數(shù)列表參數(shù)名說明單位PG單臺風力發(fā)電機額定有功MWRz轉子電阻pu.X?轉子電抗pu.Tdoi定子開路轉子電氣時間常數(shù)sTj轉子慣性時間常數(shù)s他轉子額定轉速ipmXi定子電抗pu.Th傳動系統(tǒng)時間常數(shù)sywindJ切入風速m/sVwindjr額定風速m/sVw

3、indjo切出風速m/s水該參數(shù)為模型擴展預留，現(xiàn)不起作用。PG為風電場中單臺風電機組的額定有功，單位MW。電氣參數(shù)含義與異步電動機相類似。Th為風電機軸系及齒輪等傳動系統(tǒng)力矩傳遞的時間常數(shù)，單位為秒。參數(shù)容量基值均為發(fā)電機容量。當前鼠籠異步風力發(fā)電機軸系為單質塊模型，為包含轉子及風輪兩部分的總慣性時間常數(shù)。2.2雙饋、直驅通用風力發(fā)電機參數(shù)雙饋、冃驅通用風力發(fā)電機參數(shù)頁如圖2-2所示。電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明 #電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明0電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說

4、明 # #電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明0圖2-2雙饋、直驅通用風力發(fā)電機參數(shù)頁而各參數(shù)及含義如表22所示。電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明 # 電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明0表22雙饋、苴驅風力發(fā)電機參數(shù)列表參數(shù)名說明單位1PG單臺風力發(fā)電機額定有功MW如轉子額定轉速rpmTj轉子慣性時間常數(shù)S無功上限p.u.無功下限p.u.Rl線路電壓降落補償電阻p.u.Xl線路電壓降落補償電抗p.u.控制方式風電機無功控制方式電壓/功率因數(shù)R葉片半徑mTi風輪慣性時間常數(shù)s仙風輪額定轉速rpm*軸系模型傳動系統(tǒng)模型單質塊/雙質塊K軸系彈性

5、系數(shù)pu.轉矩/radD軸系阻尼系統(tǒng)pu轉矩/pu轉速切入風速m/s/windr額定風速m/s*windo切出風速m/s初始風速m/sp空氣密度kg/m3水該參數(shù)為模型擴展預留，現(xiàn)固定為雙質塊模型。風電機無功控制方式可選為電壓控制方式或功率因數(shù)控制方式，前者以控制機端或機端外線路上一點電壓恒定為控制目標，后者以保持風力發(fā)電機功率因數(shù)保持不變?yōu)榭刂颇繕?。Rl+jXl為電壓控制時補償一部分線路壓降的線路阻抗，填0表示電壓控制點為機端。初始風速可由用戶給定，軟件根據(jù)風電機實際出力和風速鬥動確定槳矩角。如初始風速填寫不合理或不填寫，則H動按最小槳矩角確定風速（推薦）?？諝饷芏葹轱L電場當?shù)氐目諝饷芏?，?/p>

6、無確切數(shù)據(jù)，可按1.225填寫。電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明 電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明03模型使用3.1在基礎數(shù)據(jù)中設置風電場在“發(fā)電機及其調節(jié)器數(shù)據(jù)”輸入窗口增加風電場所在母線及其類型（PV、PQ或PVPQ等），并在“功率和電壓”頁面填寫與節(jié)點類型對應電壓、功率等數(shù)據(jù)，在“發(fā)電機及其調節(jié)器”頁，填寫同步機模型號為“7”（鼠籠異步風力發(fā)電機）或“8”（雙饋、直驅通用風力發(fā)電機），并填寫相應參數(shù)組。調壓器、調速器、PSS模型均保持“0”不變。額定容量和額定出力須按風電場額定容量及額定有功出力填寫，不可填0。鼠籠異步風力發(fā)電機根據(jù)風

7、力發(fā)電機特性，可設置為PQ節(jié)點，按風電機（含機端電容）最小功率因數(shù)確定無功出力。如金風750機組穩(wěn)態(tài)時各種出力條件下功率因數(shù)均大TO.98,則可根據(jù)有功出力和功率因數(shù)確定無功出力，一般無功功率為負，電容器補償量在暫穩(wěn)計算中自動確定。雙饋及克驅機組根據(jù)機組性能，如機組為恒功率因數(shù)運行則設置為PQ節(jié)點。如風電機組可動調節(jié)無功輸出控制機端電壓，則設為PV轉PQ節(jié)點，無功上下限按風電場無功出力限制填寫。如圖31、圖32所示。VPQ圖3-1填寫風電場出力及電壓圖3-2填寫風電場信息3.2風力發(fā)電機變量輸出在暫態(tài)穩(wěn)定計算界面的輸出設置窗口，選擇“發(fā)電機變量輸出”并選擇對應發(fā)電機，如發(fā)電機類型在計算數(shù)據(jù)庫中

8、為風力發(fā)電機，則在彈出的發(fā)電機變量選擇窗口列出風力發(fā)電機相關變量，如圖33所示。如果設置風力發(fā)電機輸出后，修改作業(yè)中風力發(fā)電機組發(fā)電機類型為同步發(fā)電機模型，則程序在變量輸出時按輸出變量位置IT動對應為相應的同步機變量,坐標名按圖33中設置的變量名顯示，反之亦然。電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明 #電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明0電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明 # #電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明0圖33風電機組變鼠輸出設置電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序HMP風力發(fā)電機模型說明電力系統(tǒng)

9、綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明 電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明04風速變化擾動設置由潮流初值計算得到風速初值，此初值作為風電場風速中基本風部分，另外還可設置標準的“陣風”和“漸變風”分量。為配合風電場風速變化的模擬，暫穩(wěn)計算新增一類節(jié)點擾動一“風電場風速變化（11）”，如圖41所示。圖4-1風電機組變最輸岀設置選擇后彈出風速變化擾動設置窗口如圖42所示。圖4：風速變化擾動設置其中各項內容含義如下：作業(yè)號：當前暫穩(wěn)作業(yè)號；風電場母線：發(fā)電機母線列表；風速擾動：設置風速變化擾動的類型，分為陣風、漸變風、隨機噪聲風三種風速數(shù)據(jù)：針對不同風速擾動類型設置參數(shù)起始時間：風速擾動開始時間；結束

10、時間：風速擾動結束時間。其余參數(shù)設置與具體風速擾動類型有關，詳述如下。4.1陣風(GustWind)當風速擾動為陣風時，風速變化擾動窗口如圖42所示。其中陣風最大值含義為陣風變化峰值。陣風用于描述風速突然變化的特性。在風電系統(tǒng)的動態(tài)仿真中，通常可以用它來考察系統(tǒng)在較大的風速擾動下的動態(tài)特性。其數(shù)學表達如式41所示。0tTo%=4TlGt&G其中Vcos=(max/2)-cot/(l；-1；)-Ts/(I；-1；):Ts、Te、Vhmax分別對應陣風開始時間，結束時間和陣風最大值。圖4-3中所示即陣風最大值為5米/秒，開始時間為3s,結束時間為8s的陣風曲線。(SAU)0圖43陣風擾動曲線4.2

11、漸變風(RampWind)當風速擾動為漸變風時，風速變化擾動窗口如圖44所示。其中上升時間T1含義為漸變風從0增加到峰值所用時間，下降時間含義為漸變風由峰值下降為0所用時間，漸變風最大值含義為漸變風變化峰值。圖44漸變風設置窗II漸變風用來描述風速的漸變特性，如式（4-2）所示:電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明 電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明0tTTtT+1；Vr=(4-2)I；+Tt1；-t2I；-I；t1;其中Mamp=VRn他(tTs)/Ti,V騷卩=*計(匚一t)/T小陽晦、T$、Te.T、T?分別為漸變風風速最大值、開始時間

12、、結束時間、上升時間和下降時間。如圖45為VRmax=5米/秒，Ts=10s,Te=80s,Tl=20s,T2=20s的漸變風曲線。6543210(SE)&-00102030405060708090100110t(s)圖4-5漸變風擾動曲線4.3隨機噪聲風(NoiseWind)當風速擾動為漸變風時，風速變化擾動窗口如圖46所示。其中地表粗糙度KN含義為風電場地表粗糙系數(shù)，推薦值0.004；擾動范圍F含義為隨機風的擾動尺度，推薦值600；N為統(tǒng)計風速總數(shù)，一般可取50；頻率間隔為噪聲抽樣頻率間隔，一般取0.52.0rad/So圖4-6隨機噪聲風設置窗II隨機噪聲風用來反映風速的隨機特性，如式43

13、所示。(4-3)Vkn=2工片達血嚴cost+0Ji=l其中=(i-J-)Aey,%()=*闖；。是02兀之間均勻2曠1+(F/濟)丁分布的隨機變量；Kn是地表粗糙系數(shù)；F指擾動范圍；卩是平均風速；為頻率間距。如圖47為N=50,Ao)=l.O,F=600,KN=0.004的噪聲風模擬曲線。電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明 # #電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明0電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序MO風力發(fā)電機模型說明 # #電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明0圖47噪聲風擾動曲線電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力

14、發(fā)電機模型說明電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明 電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序風力發(fā)電機模型說明05參數(shù)參考值兒種雙反饋式風電機組模型參數(shù)參考值如表52所示。所有參數(shù)容量基值均為單機MVA容量。參數(shù)僅供參考，應以廠家實際參數(shù)為準。表5-1金風風電機組參數(shù)參考值參數(shù)名S48/750S43/600PG(p.u.)0.750.6ri(pu.)00171S0.0053xi(pu.)0.1240.0083小(pu.)0.110.08276.05.0Tg(s)1.471.4386%(s)1.01.0Vi(m/s)4.03.0Ko(m/s)25.025.0Vr(m/s)15.014.0表52雙反饋風電機組參數(shù)參

15、考值參數(shù)名GE15GE345Fuhrlandei-1.5Vestas0.85V52Gamesa0.85G52PG153.61.50S50.85%(rpm)12001200180016201620轉子?j(s)1.141.871.01.00nax(p.u.)0.3120.520.3120.19201920mn(p.u.)-0.436-0.39-0.436-0.3120.312控制方式電壓電壓電壓功率因數(shù)功率因數(shù)葉片K(m)35.252.135.226.026.0風輪7(s)7.643.887.645.05.0S(Tpm)15.412.720020.020.0K(p.u.torque/rad)1.2465.751.2462.972.97D(p.u.torquerp.uspeed)1.53.03.551.01.0叩Z3.03.03.04.04.011.811.812.015.015.025.025.025.025.025.0表5-3H驅式風電機組參數(shù)參考值參數(shù)名GE2.3GE2.5GE2.7GoldWind1.5S77PG2.32.52.715益(rpm)1240137515001200轉子馬1.481.661.821.140nax(p.u.)0.4