新能源发电与并网技术仿真报告

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1、新能源发电与并网技术仿真报告静态模型：基于双馈感应电机的变速风电机组属于变速恒频的风电机组，由于具有变速运行的特性，能够提高风电机组的风能转换效率，实现最大风能捕获并减小风电机组机械部件所受应力；并且能够通过变频器控制系统将发电机有功、无功功率实现解祸控制，调节改善风电场的功率因数及电压稳定性，因此近几年来逐步取代了基于普通异步发电机的恒速风电机组成为当前新建风电场采用的主流机型。双馈感应发电机是在普通绕线式异步感应电机的基础上，外加了连接在转子滑环与定子之间的四象限变频器及其控制系统而构成的。通过双馈电机的部分功率变频器与电网之间交换转差功率，并可以通过变频器实现

2、对整个双馈电机有功、无功功率的控制。图2-6为典型双馈感应发电机结构，其转子的电角速度碑、转子外加励磁电源产生的旋转磁场角速度叭与同步磁场转速叭的关系为：双馈感应发电机为异步运行，其转子转速可以通过改变交流励磁电源的频率进行调节，克服了传统同步发电机必须严格同步的限制，把发电机机械与电气之间的刚性联系变为柔性的联系。12-8所示：双馈感应发电机的静态等值电路如图1.双馈感应电机的能量传递双馈感应发电机不同于普通的异步机，其在s>O次同步运行及s<O时为超同步运行状态下都可以作为发电机状态运行，但其功率流向有所不同。对于发电机定子绕组：两边同乘以sj，则：

3、电磁功率：上式是对应于电动机惯例规定正方向下的表示方法，对应于发电机的能量传递，应当以发电机惯例规定的正方向表示，上式化为：对于发电机转子绕组：两边同乘以rj，则：取实部得电磁功率：稳态运行时，双馈感应发电机的能量传递和发电机的运行状态有关，运行在发电机状态时有Pmech>0。（1）发电机运行在次同步状态时，O<s<1：此时有：转子绕组从变频器侧吸收电功率，其功率传递如图2-9所示。（2）发电机运行在超同步状态时，s<O：当转差率s较大，此时转差功率较大，除了提供转子绕组的功率损耗(Pcu2)，还有一部分功率(转差功率)通过转子绕组与变频器回

4、路馈入电网。其功率传递如图2-10所示。风电机组变频器的控制能力决定了风电机组及其发电机的静态运行特性及其在电网故障扰动情况下的运行情况，因此，变速风电机组的变频器控制系统是变速风电机组模型中最关键的一环，本文将在第三章中详细介绍基于双馈感应发电机的变速风电机组的变频器控制模型。动态模型1.风力机模型风力发电机组发出的电能是从风能中转化来的，风电机组的叶片从风中捕获部分能量转化为旋转的动能，然后通过机械驱动系统将机械能传送给发电机，通过发电机将机械能转化为磁场的能量,最终转化为电能。风力机的叶片从风中将能量转化为机械功率是一个十分复杂的涉及空气动力学、流体力学的过程

5、。对于风力机转轮、叶片的空气动力建模,须采用叶素理论。然而，采用叶素理论建模的过程仍有许多的不足：由于风电机组三个叶片的扫风面积很大，因此对于叶片不同的区域风速值不同，不能采用单一的风速信号而必须采用风速序列信号。需知道叶片详细的几何构造的信息。计算过程更加复杂,所需的计算时间更长。为了解决上述的问题，当风电机组电气特性是主要的研究重点时，通常采用简化的建模方法对风力发电机组的空气动力学特性进行建模。风速与空气动力功率的关系可由下面的方程描述：相应的空气动力转矩方程为：此处，Pw是从风电机组从风中获取的能量转化为的风力机机械功率(w)，Tw是从风中获取的能量转化为的

6、风力机机械转矩(.Nm)，p为空气密度(KG/m3)；R为风机叶轮半径(m)；=R为叶尖速比；为桨距角(deg)；为风力机叶轮的转速(rad/s)；Cp为风机的风能转换效率系数，是兄与刀的函数；为等效风速。对于给定的叶尖速比兄和叶片桨距角刀，可用下式计算风能转换效率系数。其中：式根据不同的刀!兄计算得到的Cp，如图2-11所示：对于给定的叶片桨距角刀，不同的叶尖速比兄所对应C,的值相差较大，同时对于给定的声有且仅有一个固定的标能使吼达到最大值，再由又=Rhoar/可得，在风速不断变化的情况下要保持，必须使随着风速按照一定的比例变化，只有在这种运行方式下才能保证风力机

7、捕获的风能最大、效率最高。风力机的这一特性决定了风电机组控制指标和控制方案的设计，也是人们采用变速风电机组代替固定转速风电机组的初衷之一。2.发电机模块/同步旋转坐标系下双馈感应发电机状态方程双馈感应发电机与普通异步机最大的不同就是其转子回路通过发电机滑环可以外接外部电压源，因此，其转子电压urd与urq不等于0，并且通过控制转子外接电压的值便可以控制双馈感应发电机发出的有功与无功功率，得出同步旋转坐标系下双馈感应电机的方程如下。电机电压方程：上式中：然为坐标系旋转角速度，即为同步转速。磁链方程：式中：对于双馈感应电机，其转子侧电压u!与u,有外接的电压值，且整