并网异步风力发电机组模型及参数对其暂态稳定性的影响

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1、第29卷第10期太阳能学报V01．29．No．102008年1O月ACrAENERGIAESOLARISSINICAOct．，2008文章编号：O254．0096(20O8)10-1283-07并网异步风力发电机组模型及参数对其暂态稳定性的影响赵斌，李辉，韩力(重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆4OO044)摘要：建立了笼型异步发电机考虑定子电磁暂态的详细模型、忽略定子电磁暂态的简化模型、同时忽略定转子电磁暂态的稳态模型以及一个和两个质量块的风力机轴系模型。针对上述不同组合的5个风力发电机组模型，利用Matlab／Simulink对发电机端部发

2、生三相短路故障情况下的机组暂态行为进行了仿真比较，并通过时域仿真求取了风力机组不同模型下机组故障临界切除时间。结果表明，采用不同风力机组模型对机组暂态稳定性分析结果有很大影响，发电机简化模型和两个质量块的风力机轴系模型较为合适。最后，以提出的合适模型为例，详细研究了风力机模型参数对机组暂态稳定性的影响。关键词：风力发电；并网异步发电机；暂态稳定性；临界切除时间；模型中图分类号：TM614文献标识码：A0引言本文以笼型异步风力发电机组为例，分别建立风力发电机组的不同模型，包括详细、简化、稳态的发电在现有大容量风电场中，异步风力发电机组正机数学模型以及一个和两个质量块的

3、风力机组轴系被广泛使用，其中包括笼型异步风力发电机组和双模型。利用Matlab／Simulink对不同风力机组模型在发馈异步风力发电机组。大型异步风力发电机组通常电机定子端三相短路故障情况下的暂态行为进行仿直接联网运行，经常处于电力系统的各种扰动之下。真，并评价了不同模型下的机组CCT指标。此外，结为了准确分析风电场的暂态稳定性，必须首先建立合发电机简化模型和两个质量块的轴系模型，比较研合理准确的风力发电机组模型。目前，关于风力发究不同风力机参数对机组暂态稳定性的影响。电机组建模已有一些有意义的研究_l。对于风力机建模，文献[2～4，6，7]将风力发电机组传动部分1

4、风力发电机组模型等效成一个集中质量块，建立的是刚性模型；文献[81．1异步发电机模型～14]将风力机和发电机各等效为一个集中质量块，假设异步发电机连接无穷大系统，其电压电流正中问用弹簧阻尼连接，建立了两个质量块轴系模型。方向规定按发电机惯例，定子电压相量与d轴重合，即对于发电机建模，文献[1，6，7]采用忽略定子电磁暂／Z=0。则笼型异步发电机在d-q同步坐标轴系下的态的简化模型，而文献[4，9]采用了同时忽略定转子暂态电压电流方程标幺值形式为(q轴超前d轴)n]：电磁暂态的稳态模型。以上文献都没有给出各种模sa=一sd-O')s+sa型之间的对比分析，因此有必要详

5、细研究风力机组不同模型时对机组暂态稳定性的影响，以选取合理的暂态稳定性分析模型。临界切除时间(CriticalCleatingTime，以下简称0。=一=Id一SO)a／rrq毒+pId㈩CCT)是允许故障持续的最长时间，即在该时间内切0=一+黝+p除故障不会引起系统的不稳定¨，它是评价发电机组暂态稳定性的一个重要指标。其中磁链方程为：收稿日期：2Oo7—o5_o8基金项目：国家自然科学基金项目(50607022)通讯作者：李辉(1973一)，男，博士、副教授，主要研究方向为风力发电技术、电机及其系统分析。cqulh@163．con太阳能学报29卷：0，p=0，则根

6、据式(4)、式(5)可推导出稳态模型的电磁转矩表达式：．量已_Il=一一=一一一一T。=f2式中，尺、——定、转子电阻；s——转差率；、』0豁孵mm．．．．50——定子_星电角5『频耐率(5r标幺值为1)；03。——系统电一一一一角频率基值，。=2丌厂；L、，J——定、转子全自感；LLL1．2机械传动轴系模型mm丌盯．．．．￡——定、_吕转子互感_吕；P——微分算子，P=d／dt。根据研究问题的性质和目的不同，风力机轴系考虑定、转子磁链电暂态，以电流和转子电动势建模的研究方法很多。通常在不需要进行应力分布为状态变量的异步发电机的详细电磁暂态模型分析和机械强度设计的情

7、况下，往往可采用等效集为：中质量法_8]。如果将风力机、齿轮箱、传动轴和发电／，I、2X-X')机转子等效成一个集中质量块，则可以得到如图la。所示的一个质量块风力机轴系模型，其运动方程的+(1-s)Ea一E一数学模型为：X'．2HM=—。一D叫(7)一+可X-X's(3)式中，——等效一个质量块的惯时间常数；Xt+(1一s)Eq—Ed一“D——等效质量块自身的阻尼系数；——等效质量块的电角速度，即风力机和发电机的电角速度；a一焉广+一()+sE+一、——分别是风力机的机械转矩和发电机的电，一A磁转矩，前者可由风力机的功率特性得到：=二、一lE+(一一sX。一一