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《大型变速恒频风电系统的建模与仿真_孙国霞》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第27卷第10期电力自动化设备Vol.27No.102007年10月ElectricPowerAutomationEquipmentOct.2007大型变速恒频风电系统的建模与仿真孙国霞,李啸骢,蔡义明(广西大学电气工程学院,广西南宁530004)摘要:针对兆瓦级变速恒频风力发电系统,基于Matlab/Simulink建立了包括风机、传动齿轮、双馈发电机在内的大型风电系统的整体动态数学模型。传统的最大风能捕获算法往往基于最优功率曲线和部分风机参数已知,当上述参数未知或出现扰动时,风电系统的效率会严重降低。针对此不足,基于所建模型设计了变步长最大风能捕获控制器,该控制器采用矢量控制算法,实
2、现了发电机输出有功和无功功率的解耦控制;针对有功功率控制,控制器根据发电机输出转速扰动时,相应输出有功功率的变化变步长地调整系统输入,直到系统运行到最大风能点。仿真结果验证了风电系统模型的正确性以及控制器的有效性。关键词:风力发电系统;双馈发电机;矢量控制;最大风能追踪中图分类号:TM315文献标识码:A文章编号:1006-6047(2007)10-0069-040.080引言0.060.04在众多的计算机仿真软件中,Simulink为动态qC0.02系统的设计与控制策略的开发提供了直观、方便、交0互式的图形化集成仿真环境,获得了广大工程研究-0.02人员的青睐。-0.041.50510
3、151.0现基于Simulink建立了以双馈电机为发电机的2000.5λβ/rad[1-3]大型变速恒频风电系统的整体动态数学模型,图1风力机转矩系数曲线该模型包括风机、传动齿轮、发电机、控制器4个部Fig.1Torquecharacteristicsofwindturbine分。其中,为提高低风速下的风电系统的运行效率,设计了运用变步长搜索算法的最大风能追踪控制Cq=f(λ,β)=0.22!116-0.4β-5"e-12.5/λiλλi器,该控制器收敛速度快,并且不需要风机系统的任(2)110.035何参数,具有很好的鲁棒性能。=-3λiλ+0.008ββ+11风电系统仿真与建模1.2
4、传动齿轮模型风力机的传动齿轮示意图如图2所示,忽略1.1风力机模型转轴的倔强因数、阻尼因数,由动力学分析,可知风机的输出转矩与风速、叶片转速及其结构参轮毂到发电机转子之间的机械传动部分的动态方数有关,由风力机的转矩特性方程有[4-5]程[7-8]为Twt=1CqπR3ρv2(1)T-T=Jdωt2wtlsswtdt(3)式中Twt为风轮输出转矩;Cq=f(λ,β)为风轮的转Tlss=KgearThss矩系数;ρ为空气密度;v为风速;R为风轮半式中Jwt、ωt分别为风机的转动惯量和机械转速;径;λ=ωmR/v为叶尖速比;ωm为风轮机械角速ωtTlss度;β为风机桨矩角。Cq与桨矩角β、叶尖
5、速比λ的非线性曲线关系Twtωr风力机如图1所示。对于水平轴、三桨叶、上风向布置、变速变桨距Thss发电机传动齿轮Kgear∶1控制发电机组,根据文献[6]有图2风力机传动齿轮示意图收稿日期:2006-09-11;修回日期:2007-03-05Fig.2Gearsofwindturbine电力自动化设备第27卷Tlss、Thss分别为经过传动齿轮低速轴和高速轴可知,经过前馈补偿去除式(11)的补偿电压后,上的机械转矩;Kgear为齿轮箱变比。通过调节转子d、q轴电压可以分别控制转子侧d、q1.3双馈电机模型轴电流,从而实现定子侧有功和无功的解耦控制。基于两相静止(α,β)坐标系建立双馈电
6、机数学相应地,调节器可以采用简单的线性PI调节器。[9-11]模型为相应地,为实现矢量控制,需要检测定子(电网)!$!$!$"u%"R+Lp0Lp0%"i%"sα%"ssm%"sα%电压矢量的位置,设计了锁相环模块,如图3所示。"%"%"%"u%"0R+Lp0Lp%"i%"sβ%"ssm%"sβ%该模块利用算式的恒等性,实现了电压矢量相位的"%="%"%(4)"%"%"%"urα%"LmpωrLmRr+LrpωrLr%"irα%动态检测,具有很高的精度和检测速度。"%"%"%"%"%"%"urβ%"-ωrLmLmp-ωrLrRr+Lrp%"irβ%#&#&#&!$!$!$2ua-1’ub
7、+uc("ψsα%"Ls0Lm0%"isα%33"%"%"%"%"%"%"ψ%"0L0L%"i%"sβ%"sm%"sβ%1’*"%="%"%(5)1-ub-uc"%"%"%"ψrα%"Lm0Lr0%"irα%)3"%"%"%三相定子"%"%"%"ψrβ%"0Lm0Lr%"irβ%电压输入三相/两相坐标#&#&#&变换函数Te=pn(ψsαisβ-ψsβisα)(6)双馈电机的转子运动方程为sindωrThss-Te=pnJgen(7
