專利名稱：大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種使用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行雙饋風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)的建模分析的方法。
背景技術(shù)：
自二十世紀(jì)八十年代以來，風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用越來越受到全世界的普遍重視。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是空氣動(dòng)力學(xué)、尖端航天技術(shù)和大功率電力電子技術(shù)應(yīng)用于新型風(fēng)電機(jī)組的開發(fā)研制，風(fēng)力發(fā)電在近二十年得到長足的發(fā)展。如今的風(fēng)力發(fā)電正逐步走向規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化，風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)中的比例越來越大，成為除水力發(fā)電以外最成熟、最現(xiàn)實(shí)的一種清潔能源發(fā)電方式。大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，對環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源以及生態(tài)平衡都有重要的意義。然而風(fēng)力發(fā)電是一種特殊的電力，具有許多不同于常規(guī)能源發(fā)電的特點(diǎn)，風(fēng)電廠的并網(wǎng)運(yùn)行對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，電能質(zhì)量等諸多方面均會(huì)帶來負(fù)面影響，隨著風(fēng)電場規(guī)模的日益擴(kuò)大，風(fēng)電特性對電網(wǎng)的影響也越發(fā)顯著，成為制約風(fēng)場規(guī)模和容量的嚴(yán)重障礙，大規(guī)模風(fēng)電接入到底會(huì)對電網(wǎng)產(chǎn)生怎樣的影響成為了急需解決的問題。中國實(shí)用新型專利“雙饋風(fēng)電機(jī)組的仿真裝置”(實(shí)用新型專利號(hào)ZL201220127917. 4授權(quán)公告號(hào)CN202548295U)公開了一種雙饋風(fēng)電機(jī)組的仿真裝置，包括雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)、風(fēng)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)、監(jiān)測保護(hù)設(shè)備和轉(zhuǎn)子側(cè)變流設(shè)備。風(fēng)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)連接到雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，風(fēng)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。監(jiān)測保護(hù)設(shè)備連接到雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，測量雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)輸出的電壓和電流。轉(zhuǎn)子側(cè)變流設(shè)備連接到雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子側(cè)變流設(shè)備控制雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電壓幅值和相位，進(jìn)行有功解耦控制和無功解耦控制。該實(shí)用新型的雙饋風(fēng)電機(jī)組的仿真裝置能夠準(zhǔn)確反映風(fēng)機(jī)的物理特性和雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的工作狀況，能夠滿足風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)范對并網(wǎng)風(fēng)機(jī)的完整測試要求。中國發(fā)明專利申請“一種雙饋風(fēng)機(jī)等效模擬的仿真建模方法”(專利申請?zhí)?01210008656. 9公開號(hào)CN 102592026A)公開了一種雙饋風(fēng)機(jī)等效模擬的仿真建模方法，所述雙饋風(fēng)機(jī)的變頻器部分采用受控源模擬，所述建模方法包括如下步驟(1)建立雙饋風(fēng)電機(jī)組電路模型；(2)建立雙饋風(fēng)機(jī)等效模型；(3)建立雙饋風(fēng)機(jī)并網(wǎng)測試系統(tǒng)；(4)搭建多風(fēng)機(jī)測試系統(tǒng)；其中，在步驟2中所述雙饋風(fēng)機(jī)等效模型基于雙饋風(fēng)機(jī)變頻器交流側(cè)受控電壓源和直流側(cè)受控電流源的特性建立。該發(fā)明提供的雙饋風(fēng)機(jī)等效模擬的仿真建模方法，能精確模擬雙饋風(fēng)機(jī)的暫態(tài)特性，并可計(jì)及多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組間的不同特性及其相互影響；無需計(jì)及全控型器件的高頻通斷，仿真效率大幅提升；仿真風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)越多，效率提升幅度越顯著；在保持精度的同時(shí)，可采用較大的仿真步長，大幅提升仿真效率。用于穩(wěn)定性研究的風(fēng)電機(jī)組模型目前在國內(nèi)的電力系統(tǒng)仿真軟件中仍然沒有實(shí)現(xiàn)，PSS/E、BPA中已有內(nèi)建的風(fēng)機(jī)模型，但其不適用于電網(wǎng)短路故障下風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能仿真。DIgSILENT/PowerFactory是一款強(qiáng)大的電力系統(tǒng)仿真軟件，其內(nèi)建的雙饋異步風(fēng)機(jī)模型能較準(zhǔn)確地反映其實(shí)際物理特性，即能對雙饋機(jī)進(jìn)行詳細(xì)地電磁暫態(tài)仿真，也能進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)仿真，使風(fēng)機(jī)在大規(guī)模電網(wǎng)中的仿真成為可能。另外，PSCAD/EMTDC同樣能夠建立風(fēng)機(jī)的電磁暫態(tài)模型，建模精度可達(dá)到器件級，因此是考察風(fēng)機(jī)單機(jī)系統(tǒng)在各種工況和故障下動(dòng)態(tài)特性的理想工具，但不適用于風(fēng)機(jī)接入大網(wǎng)后的仿真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法，建立符合雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)電機(jī)組物理特性的詳細(xì)模型，以便利用該詳細(xì)模型進(jìn)行電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)仿真，考察風(fēng)機(jī)在各種故障和工況下的動(dòng)態(tài)特性。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法，所述的風(fēng)電機(jī)組包括由風(fēng)力機(jī)模型、軸系模型和槳距控制系統(tǒng)構(gòu)成的原動(dòng)機(jī)模型，由感應(yīng)發(fā)電機(jī)模型和轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成的雙饋風(fēng)電機(jī)組模型，以及電網(wǎng)側(cè)變頻器控制系統(tǒng)，所述風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法包括以下步驟S100)建立風(fēng)力機(jī)模型，根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率與葉尖速比和葉片漿距角的關(guān)系，模擬風(fēng)力機(jī)吸收的風(fēng)功率；S200)使用發(fā)電機(jī)質(zhì)塊和風(fēng)力機(jī)質(zhì)塊組成的兩質(zhì)量塊軸系結(jié)構(gòu)，建立風(fēng)機(jī)軸系模型，模擬風(fēng)力機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的能量傳遞關(guān)系；S300)建立槳距控制系統(tǒng)模型，使用槳距角控制仿真進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組功率的尋優(yōu)，尋求在給定風(fēng)速下使風(fēng)電機(jī)組輸出功率的最大值；模擬風(fēng)速超出額定風(fēng)速時(shí)槳距控制系統(tǒng)的過載保護(hù)功能；S400)根據(jù)雙饋感應(yīng)電機(jī)的方程和磁鏈方程構(gòu)建雙饋異步感應(yīng)電機(jī)的T型等效電路，建立DFIG電氣仿真模型；S500)根據(jù)DFIG電氣仿真模型雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子的瞬時(shí)電磁功率方程、轉(zhuǎn)子電流與定子電流的關(guān)系和轉(zhuǎn)子電壓方程，建立電網(wǎng)側(cè)變頻器和轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制器模型；S600)使用以上步驟建立的風(fēng)電機(jī)組仿真模型，建立大容量風(fēng)電場詳細(xì)模型；S700)設(shè)置大容量風(fēng)電場的仿真運(yùn)行工況和故障狀態(tài)，進(jìn)行大容量風(fēng)電場的故障仿真；S800)使用風(fēng)機(jī)聚合方法,建立風(fēng)電場聚合模型；S900)使用風(fēng)電場聚合模型進(jìn)行大容量風(fēng)電場的故障仿真，驗(yàn)證風(fēng)機(jī)聚合模型。本發(fā)明的大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法的一種較佳的技術(shù)方案，其特征在于所述的步驟S800包括以下步驟S810)按照風(fēng)電場容量擴(kuò)大風(fēng)電機(jī)組額定容量； S820)按照風(fēng)電場容量相應(yīng)擴(kuò)大升壓變壓器容量；S830)擴(kuò)大無窮大系統(tǒng)短路容量；S840)按照風(fēng)電場容量擴(kuò)大轉(zhuǎn)子過流保護(hù)整定值；S850)同比例擴(kuò)大機(jī)組軸系參數(shù),包括雙饋機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、風(fēng)輪低速軸與雙饋機(jī)高速軸之間的彈性系數(shù)以及互阻尼系數(shù)、風(fēng)輪以及雙饋機(jī)轉(zhuǎn)子的自阻尼系數(shù)；S860)擴(kuò)大轉(zhuǎn)子側(cè)變頻控制系統(tǒng)中的功率測量模塊基準(zhǔn)值；
S870)通過擴(kuò)大空氣平均密度，在風(fēng)輪掃風(fēng)面積不變的前提下，模擬擴(kuò)大風(fēng)力機(jī)吸收的風(fēng)功率。本發(fā)明的大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法的一種更好的技術(shù)方案，其特征在于所述的風(fēng)機(jī)聚合模型使用可投切Crowbar裝置實(shí)現(xiàn)低電壓穿越功能，當(dāng)外界故障使轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器檢測到轉(zhuǎn)子過電流，或者變頻器直流母線過電壓時(shí)，Crowbar裝置中的開關(guān)元件IGBT導(dǎo)通，Crowbar投入工作旁路轉(zhuǎn)子過流，同時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器觸發(fā)信號(hào)閉鎖，雙饋機(jī)轉(zhuǎn)子繞組直接經(jīng)串聯(lián)電阻Re短路。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明的大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法，可以建立符合雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)電機(jī)組物理特性的詳細(xì)模型，利用該詳細(xì)模型進(jìn)行電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)仿真，可以考察風(fēng)機(jī)在各種故障和工況下的動(dòng)態(tài)特性。在DFIG詳細(xì)模型的基礎(chǔ)上建立的大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型，在仿真精度上完全符合要求，并大大提高了仿真速度，適用于風(fēng)電接入大規(guī)模電網(wǎng)后的穩(wěn)定性分析。2.本發(fā)明的大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法，不但可以模擬雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)電機(jī)組的電氣特性，還可以模擬風(fēng)力原動(dòng)機(jī)的機(jī)械運(yùn)行狀況，進(jìn)行風(fēng)力變化對風(fēng)電場的影響進(jìn)行仿真研究，即能對雙饋機(jī)進(jìn)行詳細(xì)地電磁暫態(tài)仿真，也能進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)仿真，使風(fēng)機(jī)在大規(guī)模電網(wǎng)中的仿真成為可能。


圖1是本發(fā)明大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法的主流程圖；圖2是雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)電機(jī)組模型結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是風(fēng)電機(jī)組兩質(zhì)量塊軸系模型示意圖；圖4是風(fēng)電機(jī)組軸系模型的傳遞函數(shù)框圖；圖5是槳距控制系統(tǒng)框圖；圖6是同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG的T型等效電路；圖7是DFIG磁鏈定向矢量控制模型圖；圖8是電網(wǎng)側(cè)變頻器控制系統(tǒng)模型圖；圖9是雙饋機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制保護(hù)系統(tǒng)模型圖；圖10是帶有可投切Crowbar的雙饋異步風(fēng)電機(jī)組的模型圖；圖11是使用風(fēng)電機(jī)組仿真模型建立的大容量風(fēng)電場詳細(xì)模型圖；圖12是仿真大容量風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)聚合模型圖。
具體實(shí)施例方式為了能更好地理解本發(fā)明的上述技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步地詳細(xì)描述。圖2是雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)電機(jī)組模型結(jié)構(gòu)示意圖，風(fēng)電機(jī)組包括由風(fēng)力機(jī)模型110、軸系模型120和槳距控制系統(tǒng)130構(gòu)成的原動(dòng)機(jī)模塊100，由感應(yīng)發(fā)電機(jī)模型210和轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制保護(hù)系統(tǒng)220構(gòu)成的雙饋風(fēng)電機(jī)組模塊，以及電網(wǎng)側(cè)變頻器控制系統(tǒng)(圖中未表不)。
雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)電機(jī)組通過其控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能控制發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的無功交換功率、控制風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的有功功率以追蹤風(fēng)電機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)或者在高風(fēng)速情況下限制風(fēng)電機(jī)組出力。上述功能主要通過變速風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制及風(fēng)力機(jī)的槳距角控制實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器220用于控制雙饋機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)電壓幅值和相位，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組的有功和無功解耦控制，完成風(fēng)電機(jī)組的最大功率追蹤策略，包含以下各個(gè)模塊最大風(fēng)能追蹤模塊221、功率測量模塊222、電壓電流測量模塊223、功率控制器224、電流控制器225以及坐標(biāo)變換模塊226。雙饋風(fēng)電機(jī)組的保護(hù)模型227也包含在雙饋風(fēng)電機(jī)組的模型中。本發(fā)明的大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法的主流程圖如圖1所示，包括以下步驟S100)建立風(fēng)力機(jī)模型，根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率與葉尖速比和葉片漿距角的關(guān)系，模擬風(fēng)力機(jī)吸收的風(fēng)功率；S200)使用發(fā)電機(jī)質(zhì)塊和風(fēng)力機(jī)質(zhì)塊組成的兩質(zhì)量塊軸系結(jié)構(gòu)，建立風(fēng)機(jī)軸系模型，模擬風(fēng)力機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的能量傳遞關(guān)系；S300)建立槳距控制系統(tǒng)模型，使用槳距角控制仿真進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組功率的尋優(yōu)，尋求在給定風(fēng)速下使風(fēng)電機(jī)組輸出功率的最大值；模擬風(fēng)速超出額定風(fēng)速時(shí)槳距控制系統(tǒng)的過載保護(hù)功能；S400)根據(jù)雙饋感應(yīng)電機(jī)的方程和磁鏈方程構(gòu)建雙饋異步感應(yīng)電機(jī)(DFIG)的T型等效電路，建立DFIG電氣仿真模型；S500)根據(jù)DFIG電氣仿真模型雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子的瞬時(shí)電磁功率方程、轉(zhuǎn)子電流與定子電流的關(guān)系和轉(zhuǎn)子電壓方程，建立電網(wǎng)側(cè)變頻器和轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制器模型；S600)使用以上步驟建立的風(fēng)電機(jī)組仿真模型，建立大容量風(fēng)電場詳細(xì)模型；使用風(fēng)電機(jī)組仿真模型建立的大容量風(fēng)電場詳細(xì)模型的一個(gè)實(shí)施例如圖11所示，該實(shí)施例以200麗風(fēng)電場為例，假設(shè)風(fēng)電場由40臺(tái)單臺(tái)容量5麗的風(fēng)機(jī)組成，40臺(tái)機(jī)組共分為8個(gè)單元，每個(gè)單元5臺(tái)機(jī)組，單元內(nèi)的相鄰機(jī)組間通過長度為500m的35kV電纜相連，相鄰單元間的距離為850m。整個(gè)風(fēng)電場的接線示意圖如圖11所示，8個(gè)單元通過35/35/220kV的三繞組變壓器以及20km的海底電纜連到岸上的并網(wǎng)點(diǎn)。S700)設(shè)置大容量風(fēng)電場的仿真運(yùn)行工況和故障狀態(tài)，進(jìn)行大容量風(fēng)電場的故障仿真；對以上大容量風(fēng)電場詳細(xì)模型進(jìn)行故障仿真，假設(shè)該風(fēng)電場中的所有風(fēng)機(jī)均有低電壓穿越功能，仿真條件如下對稱故障仿真(1)機(jī)端電壓降幅較小，Crowbar不動(dòng)作。仿真工況每臺(tái)風(fēng)機(jī)初始有功出力4. 5MW，無功O. 9Mvar，初始滑差+8%，Crowbar切除時(shí)間60ms。Os時(shí)，風(fēng)電場升壓變出口母線PCC發(fā)生三相短路故障，接地阻抗O. 7+j7. ΟΩ,Ο. 15s后故障清除。(2)機(jī)端電壓降幅較大,Crowbar動(dòng)作。仿真工況每臺(tái)風(fēng)機(jī)初始有功出力4. 5麗，無功0. 9Mvar，初始滑差+8%，Crowbar切除時(shí)間60ms。Os時(shí)，風(fēng)電場升壓變出口母線PCC發(fā)生三相短路故障，接地阻抗0. 07+J0. 7 Ω，0. 15s后故障清除。非對稱故障仿真
(I)單相故障機(jī)端電壓降幅較小，Crowbar不動(dòng)作。仿真工況每臺(tái)風(fēng)機(jī)初始有功出力4. 5MW，無功O. 9Mvar，初始滑差+8%，Crowbar切除時(shí)間60ms。Os時(shí)，風(fēng)電場升壓變出口母線PCC發(fā)生a相單相接地故障，接地阻抗1. 5+j 15 Ω，O.1s后故障清除。(2)相間故障機(jī)端電壓降幅較大，Crowbar動(dòng)作。仿真工況每臺(tái)風(fēng)機(jī)初始有功出力4. 5MW，無功O. 9Mvar，初始滑差+8%，Crowbar切除時(shí)間60ms。Os時(shí)，風(fēng)電場升壓變出口母線PCC發(fā)生ab相間短路故障，接地阻抗O. 5+J5. ΟΩ,Ο.1s后故障清除。S800)使用風(fēng)機(jī)聚合方法,建立風(fēng)電場聚合模型；使用上述200麗(5麗父40)大型風(fēng)電場的詳細(xì)模型，能夠準(zhǔn)確反映風(fēng)電場的動(dòng)態(tài)特性。但是，大規(guī)模電網(wǎng)仿真中如果利用該詳細(xì)模型，則仿真速度達(dá)不到要求，因此，需要尋求建立風(fēng)電場聚合模型的方法，在保證仿真精度的前提下提高仿真速度。仿真大容量風(fēng)電場建立的風(fēng)機(jī)聚合模型的一個(gè)實(shí)施例如圖12所示，風(fēng)電機(jī)組通過WT低壓母線，通過模擬上述風(fēng)電場的8個(gè)單元的升壓變壓器連接到中壓母線MV，再經(jīng)過高壓升壓變壓器升壓后，通過出口母線PCC連接到外部電網(wǎng)，設(shè)置風(fēng)電機(jī)組和升壓變壓器、外部電網(wǎng)的參數(shù)，構(gòu)成風(fēng)機(jī)聚合模型的無窮大系統(tǒng)，就可以進(jìn)行風(fēng)電場的的電磁暫態(tài)仿真、機(jī)電暫態(tài)仿真和故障仿真。S900)使用風(fēng)電場聚合模型進(jìn)行大容量風(fēng)電場的故障仿真，驗(yàn)證風(fēng)機(jī)聚合模型。對以上大容量風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)聚合模型進(jìn)行故障仿真，仿真條件如下對稱故障仿真(I)機(jī)端電壓降幅較小`,Crowbar不動(dòng)作。仿真工況風(fēng)機(jī)初始有功出力180MW,無功36Mvar，初始滑差+8%，Os時(shí)，風(fēng)電場升壓變出口母線PCC發(fā)生三相短路故障，接地阻抗0. 7+j7.0Q,0. 15s后故障清除。與上述單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組仿真模型相比較，可以發(fā)現(xiàn)兩者仿真波形完全一致，定子和轉(zhuǎn)子電流均放大了 40倍。(2)機(jī)端電壓降幅較大，Crowbar動(dòng)作。仿真工況風(fēng)機(jī)初始運(yùn)行點(diǎn)同前，Os時(shí)，風(fēng)電場升壓變出口母線PCC發(fā)生三相短路故障，接地阻抗0. 07+J0. 7Ω,0. 15s后故障清除。與上述單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組仿真模型相比較，可以發(fā)現(xiàn)兩者仿真波形完全一致，定子和轉(zhuǎn)子電流均放大了 40倍。非對稱故障仿真(I)單相故障機(jī)端電壓降幅較小，Crowbar不動(dòng)作。仿真工況每臺(tái)風(fēng)機(jī)初始有功出力180MW，無功36Mvar，初始滑差+8%，Crowbar切除時(shí)間60ms。Os時(shí)，風(fēng)電場升壓變出口母線PCC發(fā)生a相單相接地故障，接地阻抗1. Ο+j 11.0Ω，0.1s后故障清除。與上述單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組仿真模型相比較，可以發(fā)現(xiàn)兩者仿真波形完全一致，定子和轉(zhuǎn)子電流均放大了 40倍。(2)相間故障機(jī)端電壓降幅較大，Crowbar動(dòng)作。仿真工況風(fēng)機(jī)初始運(yùn)行點(diǎn)同前，Os時(shí)，風(fēng)電場升壓變出口母線PCC發(fā)生ab相間短路故障，接地阻抗0. 5+J5. ΟΩ,Ο.1s后故障清除。與上述單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組仿真模型相比較，可以發(fā)現(xiàn)兩者仿真波形完全一致，定子和轉(zhuǎn)子電流均放大了 40倍。根據(jù)以上仿真結(jié)果可以表明，本發(fā)明的大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型在仿真精度上完全符合要求，并大大提高了仿真速度，適用于風(fēng)電接入大規(guī)模電網(wǎng)后的穩(wěn)定性分析。根據(jù)本發(fā)明的大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法的一個(gè)實(shí)施例，步驟SlOO根據(jù)公式
權(quán)利要求
1.一種大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法，所述的風(fēng)電機(jī)組包括由風(fēng)力機(jī)模型、軸系模型和槳距控制系統(tǒng)構(gòu)成的原動(dòng)機(jī)模型，由感應(yīng)發(fā)電機(jī)模型和轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成的雙饋風(fēng)電機(jī)組模型，以及電網(wǎng)側(cè)變頻器控制系統(tǒng)，所述風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法包括以下步驟 S100)建立風(fēng)力機(jī)模型，根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率與葉尖速比和葉片漿距角的關(guān)系，模擬風(fēng)力機(jī)吸收的風(fēng)功率； S200)使用發(fā)電機(jī)質(zhì)塊和風(fēng)力機(jī)質(zhì)塊組成的兩質(zhì)量塊軸系結(jié)構(gòu)，建立風(fēng)機(jī)軸系模型，模擬風(fēng)力機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的能量傳遞關(guān)系； S300)建立槳距控制系統(tǒng)模型，使用槳距角控制仿真進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組功率的尋優(yōu)，尋求在給定風(fēng)速下使風(fēng)電機(jī)組輸出功率的最大值；模擬風(fēng)速超出額定風(fēng)速時(shí)槳距控制系統(tǒng)的過載保護(hù)功能； S400)根據(jù)雙饋感應(yīng)電機(jī)的方程和磁鏈方程構(gòu)建雙饋異步感應(yīng)電機(jī)的T型等效電路，建立DFIG電氣仿真模型； S500)根據(jù)DFIG電氣仿真模型雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子的瞬時(shí)電磁功率方程、轉(zhuǎn)子電流與定子電流的關(guān)系和轉(zhuǎn)子電壓方程，建立電網(wǎng)側(cè)變頻器和轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制器模型； S600)使用以上步驟建立的風(fēng)電機(jī)組仿真模型，建立大容量風(fēng)電場詳細(xì)模型； S700)設(shè)置大容量風(fēng)電場的仿真運(yùn)行工況和故障狀態(tài)，進(jìn)行大容量風(fēng)電場的故障仿真； S800)使用風(fēng)機(jī)聚合方法,建立風(fēng)電場聚合模型； S900 )使用風(fēng)電場聚合模型進(jìn)行大容量風(fēng)電場的故障仿真，驗(yàn)證風(fēng)機(jī)聚合模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法，其特征在于所述的步驟S800包括以下步驟 S810)按照風(fēng)電場容量擴(kuò)大風(fēng)電機(jī)組額定容量； S820)按照風(fēng)電場容量相應(yīng)擴(kuò)大升壓變壓器容量； S830)擴(kuò)大無窮大系統(tǒng)短路容量； S840)按照風(fēng)電場容量擴(kuò)大轉(zhuǎn)子過流保護(hù)整定值； S850)同比例擴(kuò)大機(jī)組軸系參數(shù),包括雙饋機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、風(fēng)輪低速軸與雙饋機(jī)高速軸之間的彈性系數(shù)以及互阻尼系數(shù)、風(fēng)輪以及雙饋機(jī)轉(zhuǎn)子的自阻尼系數(shù)； S860)擴(kuò)大轉(zhuǎn)子側(cè)變頻控制系統(tǒng)中的功率測量模塊基準(zhǔn)值； S870)通過擴(kuò)大空氣平均密度，在風(fēng)輪掃風(fēng)面積不變的前提下，模擬擴(kuò)大風(fēng)力機(jī)吸收的風(fēng)功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法，其特征在于所述的風(fēng)機(jī)聚合模型使用可投切Crowbar裝置實(shí)現(xiàn)低電壓穿越功能，當(dāng)外界故障使轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器檢測到轉(zhuǎn)子過電流，或者變頻器直流母線過電壓時(shí)，Crowbar裝置中的開關(guān)元件IGBT導(dǎo)通，Crowbar投入工作旁路轉(zhuǎn)子過流，同時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器觸發(fā)信號(hào)閉鎖，雙饋機(jī)轉(zhuǎn)子繞組直接經(jīng)串聯(lián)電阻Re短路。
全文摘要
一種大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型建立和仿真方法，涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種使用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行雙饋風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)的建模分析的方法，包括以下步驟建立風(fēng)功率模型模擬風(fēng)力機(jī)吸收的風(fēng)功率；建立風(fēng)機(jī)軸系模型；建立槳距控制系統(tǒng)模型；建立雙饋異步感應(yīng)電機(jī)電氣仿真模型；建立電網(wǎng)側(cè)變頻器和轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制器模型；建立大容量風(fēng)電場詳細(xì)模型和風(fēng)電場聚合模型；設(shè)置風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)的仿真運(yùn)行工況和故障狀態(tài)，進(jìn)行故障仿真，驗(yàn)證風(fēng)機(jī)聚合模型。本發(fā)明建立符合雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)電機(jī)組物理特性的詳細(xì)模型和大容量風(fēng)電場風(fēng)機(jī)聚合模型，在仿真精度上完全符合要求，并大大提高了仿真速度，適用于風(fēng)電接入大規(guī)模電網(wǎng)后的穩(wěn)定性分析。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103034763SQ201210536669
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者馮煜堯, 楊增輝, 郭強(qiáng) 申請人:上海市電力公司, 華東電力試驗(yàn)研究院有限公司, 國家電網(wǎng)公司