基于MATLAB的定速风电机组仿真实用教案

1、研究(ynji)内容 本文主要研究了恒速恒频风力发电系统，对恒速恒频风力发电系统做了简要的介绍，并在恒速恒频风力发电并网方面做了一些研究，主要为恒速恒频风力发电机在不同风速(fn s)时，对输出有功、无功并网电压的影响，以及当电网故障时，对恒速恒频风力发电机的输出特性。本文也用MATLAB/Simulink软件对上述的各种状况进行了仿真，对分析了其结果第1页/共22页第一页，共23页。风作用在风轮机的叶片上，风轮机利用叶片将风能转化为机轴上的机械能，传动装置将机轴上的较低的旋转速度的运动转变为转速较高的转速，并与发电机转子相连接，最后由发电机将机械能转化为电能(dinnng)，并通过定子输送到

2、电力系统中。恒速发电机的运行(ynxng)原理第2页/共22页第二页，共23页。1、风速仿真风速是风力发电机机的原始动力，它的模型相对比较独立，可以认为与风力机没有关系。由于风速具有随机性和间歇性的特点，在电力系统稳定状态的情况下，为了能够较精确地模拟风速这些特点。在本次(bn c)毕业设计中，采用国内外经常使用的风力四分量模型：基本风、阵风、渐变风和随机风。其它的任何情况下的风速都可以由这四个风速分量的线性叠加而得到。恒速恒频风力发电系统(xtng)并网运行仿真第3页/共22页第三页，共23页。2.风力机的仿真根据风力机运行特性，风力机模型如图所示，Pitch angle（deg）为桨距角输

3、入端口单位为度，本文采用(ciyng)变桨距角控制；Wind speed（m/s）为风速输入端口，单位为米/秒；Generator speed（pu）为电机转速的输入，为标幺值。Tm（pu）为风力机的输出机械转矩，也为标幺值。恒速恒频风力发电系统并网(bn wn)运行仿真第4页/共22页第四页，共23页。由上文描述的鼠笼式风力机的数学模型(mxng)可以得到MATLAB/Simulink中的异步电机的仿真模型(mxng)。Tm为转子转矩的输入；A、B、C为三相电压得输出；m为异步电机的工作时变量的输出端口，由此端口可以得到异步电机运行时的各种参量。恒速恒频风力发电系统(xtng)并网运行仿真第

4、5页/共22页第五页，共23页。恒速恒频风力发电系统并网(bn wn)运行仿真第6页/共22页第六页，共23页。 本文(bnwn)是通过单机容量1.5MW，出口电压690V的风力发电机，经机端变压器升压至35KV，通过长度为100km、电抗为x=0.41/km的架空输电线路传输，再经变压器升压至220KV，之后与无穷大系统相连。如图。 其中，无功补偿设备采用固定电容器，其无功功率为200kVar；690V到35KV升压变压器的额定容量为2000KVA，其它参数不变；100km输电电路用简化的等效模型，即阻抗为41的三相电抗来模拟；35KV到220KV的升压变压器的额定容量设为47000KVA，

5、其它参数不变。无穷大系统使用两个额定电压为220KV的电源和额定电压为220KV的负载来等效。恒速恒频风力发电系统并网运行(ynxng)仿真第7页/共22页第七页，共23页。恒速恒频风力(fngl)发电系统并网运行仿真系统(xtng)仿真图如下：第8页/共22页第八页，共23页。3.1各种风速下的运行情况（1）渐变风在0秒是设定(sh dn)风速为 8m/s，在 t2s 时刻，渐变风开始出现。其上升时间为3s，达到峰值11s时，风速保持时间为2s，渐变风风上升速度为 1m/s。在渐变风扰动下的运行情况。风速波形如图 所示。仿真(fn zhn)结果分析第9页/共22页第九页，共23页。 在渐变风

6、风速下，风力发电机(dinj)输出的有功功率的变化曲线如图 风力电机(dinj)随着风的速度变化输出的无功功率的变化曲线如图 仿真(fn zhn)结果分析第10页/共22页第十页，共23页。 风电场机端电压的变化(binhu)情况如图仿真(fn zhn)结果分析第11页/共22页第十一页，共23页。（2）阵风最初时刻假设风的速度为 9m/s，在 t4.5s 时，阵风扰动(rodng)出现。阵风的持续时间为1s，最大风速为为21 m/s。仿真结果(ji gu)分析 阵风(zhn fn)变化曲线有功功率变化曲线无功功率变化曲线端口电压变化曲线第12页/共22页第十二页，共23页。（3）组合风假设(

7、 jish)基本风风速为 9m/s；渐变风、阵风的条件分别与（1）（2）相同，随机风平均值为0，仿真运行到10s。仿真(fn zhn)结果分析第13页/共22页第十三页，共23页。风电场出口短路故障运行情况 在MATLAB仿真运行的过程中，风速基本维持9m/s不变，当仿真运行到2s时，风电场与电网连接处附近发生三相短路故障，经过(jnggu)4s左右时间，开关动作，故障被切除。仿真结果(ji gu)分析第14页/共22页第十四页，共23页。仿真(fn zhn)结果分析有功(yu n)功率变化曲线第15页/共22页第十五页，共23页。仿真(fn zhn)结果分析无功功率变化(binhu)曲线第1

8、6页/共22页第十六页，共23页。仿真结果(ji gu)分析出口电压变化(binhu)曲线第17页/共22页第十七页，共23页。 从运行结果可以看出，故障(gzhng)切除回复正常运行后，风电场的有功功率和电压的恢复较快，在低电压期间，风电场吸收的无功功率大幅度增加。仿真结果(ji gu)分析第18页/共22页第十八页，共23页。三相断线故障在MATLAB运行到 3s 时，风电场与电网之间连接的馈电线路中的发生(fshng)三相的断线故障。从MATLAB的仿真结果可以看出来，该风力发电机组在联络线发生(fshng)断线故障后，有功功率的输出迅速减为0。仿真(fn zhn)结果分析有功功率(gn

9、gl)变化曲线无功功率变化曲线出口电压变化曲线第19页/共22页第十九页，共23页。 本次设计使用MATLAB/Simulink仿真软件实现了恒速恒频风力发电机组以及与并网的仿真模型，分别从不同风速和电网故障两类情况出发，对含恒速恒频风力发电的简单的电力(dinl)系统进行了仿真分析。通过仿真分析得到了所建立的风电力(dinl)发电系统仿真模型的可行性和正确性。总结(zngji)第20页/共22页第二十页，共23页。 感老师(losh)谢各位 致谢(zh xi)第21页/共22页第二十一页，共23页。谢谢您的观看(gunkn)！第22页/共22页第二十二页，共23页。NoImage内容(nirng)总结研究内容。本文也用MATLAB/Simulink软件对上述的各种状况进行了仿真，对分析了其结果。在本次毕业设计中，采用国内外经常使用的风力四分量模型：基