变速恒频双馈异步风力发电机建模与仿真研究
变速恒频双馈电机风力发电系统的研究与仿真分析
图3-4网侧PWM整流器系统的控制策略框图………………………..32
图3-5‘q电流内环简化结构…………………………………….33
图3-6电压外环控制的简化结构…………………………………33
图3-7坐标变换系统………………………………………….35
图3-8定子磁链定向下的变速恒频风力发电矢量控制系统框图………….37
图2—6双馈电机的两种工作状态…………………………………16
图2—7双馈电机并网等效电路…………………………………..17
图2-8双馈电机时空矢量图…………………………………….17
图2—9利用叠加原理的等值电路分解……………………………..18
亚同步速发电状态
超同步发电状态…………..22
图2-10双馈电机处于发电状态的两种工况…………………………22
achieve the maximum energy conversion efficiency and to meet and
grid·connection conditions,the wind generator must be running with VSCF.And the VSCF of DFIG are implemented by controling the the rotor side converter,the paper analysis and compares the suitable excitation of doubly-fed the advantages and disadvantages of the various converters,Select the dual PWM converter as a doubly—fed motor Excitation converter.,the paper sets up a mathematical model of grid-side converter.base on the grid voltage vector orientation,deduce the grid side converter control method for doubly-fed machine,base on the dq axis mathematic model,of the DFIG,investigate the dual closed-loop control strategy of rotor side converter on the orientation of stator flux,investigate grid-connection control strategy of DFIG,including the no-load and load.and draw the control diagram.during the control,during the vector control of DFIG,the rotor speed and position detection iS essential,because the installation of the sensor reduces the reliability of the system.for speed sensorless has a very good application in VVVF,
双馈风力发电系统仿真技术研究
论文双馈风力发电系统仿真技术研究摘要随着一些地区风电供应比例的急剧增加,大规模风电场对地区电网稳定性造成的影响愈发显著。
风力发电机的低电压穿越技术越来越受关注。
文中首先介绍了低电压穿越技术的概念、国外的相应标准,继而分析比较了有关此技术的双馈感应发电机建模问题、各种常见的实现低电压穿越的技术手段及改进控制策略。
最后描述了具备此技术的风电场对电力系统的影响。
根据电机学中异步电机的相关知识推导了双馈感应发电机在三相静止坐标系下的数学模型以及运动方程;在对双PWM电压型变流器原理分析基础上,推导了网侧PWM 变流器在三相静止坐标系下数学模型;为了便于控制系统设计,应用坐标变换技术将所建数学模型转换到两相旋转坐标系下;基于坐标变换技术和电机矢量控制理论,进行了电网电压定向的网侧变流器矢量控制设计和定子磁链定向的转子侧变流器矢量控制设计的研究;进行了亚同步速和超同步速时电机变速恒频发电和有功无功独立调节的仿真研究,仿真结果表明所设计的系统在实现了变速恒频发电的同时,实现了P、Q的完全解耦控制,验证了双馈感应风力发电系统理论分析和控制策略设计的正确性与可行性。
关键字:风力发电;变速恒频;双馈发电机;矢量控制目录摘要........................................................................................................................................ 第1章绪论 (1)1.1课题背景及意义 (1)1.1.1可再生能源开发的必要性 (1)1.1.2风能的开发利用 (2)1.2国内外风力发电技术的发展趋势 (2)1.2.1风力发电机组容量的发展趋势 (2)1.2.2并网风力发电机组的种类 (3)1.2.3风力发电机的发展 (4)1.3变速恒频发电的优点 (5)1.4本课题主要研究内容 (6)第2章双馈风力发电系统的结构特点和基本原理 (7)2.1双馈风力发电系统结构特点 (7)2.2风力机最大风能捕获原理 (7)2.3双馈感应发电机的运行原理 (9)2.4双馈感应发电机功率流动特点 (11)2.5转子励磁变流器的结构特点 (13)2.6 变速恒频双馈风电机组矢量励磁控制 (14)2.7 坐标变换技术 (15)第3章双馈风力发电系统仿真模型的建立 (17)3.1双馈感应发电机数学模型及仿真模型 (17)3.1.1双馈感应发电机的数学模型 (17)3.1.2双馈感应发电机的仿真模型 (20)3.2 双PWM电压型变流器的数学模型 (24)3.2.1网侧PWM变流器的数学模型 (25)3.2.2 双PWM电压型变流器直流环节的数学模型 (28)3.3 网侧变流器的电网电压定向矢量控制设计 (29)3.4 转子侧变流器的定子磁链定向矢量控制设计 (30)3.5 变速恒频双馈感应风力发电系统的并网仿真模型 (36)第4章仿真结果 (38)第5章结论............................................................................................... 错误!未定义书签。
风力发电机组系统建模与仿真研究
风力发电机组系统建模与仿真研究一、概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重,风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式,受到了广泛关注。
风力发电机组作为风力发电的核心设备,其性能优化和系统稳定性对于提高风电场的整体效率和经济效益具有重要意义。
对风力发电机组系统进行建模与仿真研究,不仅可以深入了解风力发电机组的运行特性和动态行为,还可以为风力发电系统的优化设计、故障诊断和性能提升提供理论支持和技术指导。
风力发电机组系统建模与仿真研究涉及多个学科领域,包括机械工程、电力电子、自动控制、计算机科学等。
建模过程需要考虑风力发电机组的机械结构、电气控制、风能转换等多个方面,以及风力发电机组与电网的相互作用。
仿真研究则通过构建数学模型和计算机仿真平台,模拟风力发电机组的实际运行过程,分析不同条件下的性能表现和动态特性。
近年来,随着计算机技术和仿真软件的不断发展,风力发电机组系统建模与仿真研究取得了显著进展。
各种先进的建模方法和仿真工具被应用于风力发电机组系统的研究中,为风力发电技术的发展提供了有力支持。
由于风力发电的复杂性和不确定性,风力发电机组系统建模与仿真研究仍面临诸多挑战,需要不断探索和创新。
本文旨在对风力发电机组系统建模与仿真研究进行全面的综述和分析。
介绍风力发电机组的基本结构和工作原理,阐述建模与仿真的基本原理和方法。
重点分析风力发电机组系统建模与仿真研究的关键技术和挑战,包括建模精度、仿真效率、风能转换效率优化等方面。
展望风力发电机组系统建模与仿真研究的发展趋势和未来研究方向,为风力发电技术的持续发展和创新提供参考和借鉴。
1. 风力发电的背景和意义随着全球能源需求的不断增长,传统能源如煤炭、石油等化石燃料的消耗日益加剧,同时带来的环境污染和气候变化问题也日益严重。
寻找清洁、可再生的能源已成为全球关注的焦点。
风能作为一种清洁、无污染、可再生的能源,正受到越来越多的关注和利用。
风力发电技术作为风能利用的主要方式之一,具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。
双馈异步风力发电机建模与仿真研究
行速度 的 范围 内均 有最佳 风能利 用系数 。 构 图 结
变 速恒频风 电机组 的发 电机部分 多采用 双馈感 如 图 1 所示 。 应发 电机 。如参 考文献 【】采用 的是 a /b 混 合 2 qa c 坐标 下的 电机模 型 , 该模型考 虑 了双馈 电机 转子 绕 组与系 统 问变流 器 的作用 , 建立 了适用于谐 波分 析
真系统中, 分别建立 了空载发 电机模型和并网发电
- - - - - ・ —
涡 轮
・
●
的双馈 电机动态 模型 ,但模 型阶数较 高 ; 考文献 参
[】以双 馈 电机 运行机 理为 出发点 ,根据 磁链 、电 3
- - — — -
_. _
势、电流 的关系 推导 出双馈 电机 动态 数学模 型 , 该 模 型结 构简单 , 需要补 充模拟 转子绕 组励 磁 电压 但 特 性的控制 变量 , 与发 电机 的电气 受控 变量之 间控
张照彦 ,马永光
(. 北 电力大 学 仿真 与 控制 技 术 研 究所 ,河 北 保 定 ,0 10 ;2 华 北 电力 大 学 控 制 与计 算 机 工 程学 院, 1华 7 03 .
河 北 保 定 ,0 10 ) 7 0 3
摘要:阐述 了双馈异步风 力发电机 的工作原理 ,并建立 了双馈异步发 电机的数 学模型;分析研 究了双馈异 步发电机 并网前定子 电压控制与并网发 电后的有功无功控制原理; S A ・0仿真支撑平 台上建立仿真模 在 T R9 型 ,并进行 了仿真和 实验 ,验证 了双馈异步发 电机模型和控制模型的正确性和有效性。
收稿 日期 :2 0 -0 — 2 09 9 2 。
变速恒频双馈风力发电系统的仿真分析
3. 1 双馈发电机的矢量控制
为实现 d, q轴变量之间的解耦 ,本文采用定子
磁场定向
,即以同步速旋转
ω 1
的坐标轴
d轴与定子
总磁链 Ψs 相重合 ,则有 :
ψ ds
=
ψ s
,ψqs
=0
(9)
q轴与电压矢量轴重合 ,则有 :
uds = 0 uqs = Us
( 10 )
(10)式中 , Us 为定子电压矢量幅值 ,为常数 。将式
ω 2
=
ω 1
-
ω r
(8)
式中下标 s, r, d, q分别代表定子量 、转子量 、d
轴分量和 q轴分量 , p为微分算子 , L s , L r , Lm 为定 、 转子等效电感和互感 ,ω1 、ωr、ω2 分别为电机同步角
速度 、转子电气角速度和转差角速度 。
3 双馈发 电 机 的 矢 量 控 制 及 系 统 仿 真 模 型 的建立
第 8卷 第 12期 2008年 6月
167121819 (2008) 1223297204
动力技术
科 学 技 术 与 工 程
Science Technology and Engineering
Vol. 8 No. 12 June 2008
Ζ 2008 Sci. Tech. Engng.
3. 2 系统仿真模型的建立 利用 M atlab / Simulink 建立整个变速恒频双馈
风力发电系统仿真模型 ,如图 3 所示 。其中的风力 机仿真模块采用 M atlab7. 1 中固有的风力机模块
( Sim ulink / sim power system s / app lication libraries/ distributed resources/ w ind turbine) ,其展开图如图 2 所示 。双馈发电机参数设置如下 : rs = 0. 049 Ω , rr = 0. 051Ω , Xs = 0. 056Ω , X r = 0. 048Ω , np = 2, f1 = 50 Hz, U1 = 6 kV , P = 1 900 kW。
大型变速恒频风力发电机组建模与仿真
大型变速恒频风力发电机组建模与仿真一、本文概述随着全球能源需求的日益增长,以及环保和可持续发展理念的深入人心,风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式,正受到越来越多的关注。
大型变速恒频风力发电机组作为风力发电的核心设备,其性能直接影响到风电场的运行效率和经济效益。
因此,对大型变速恒频风力发电机组进行建模与仿真研究,具有重要的理论价值和实践意义。
本文旨在探讨大型变速恒频风力发电机组的建模与仿真技术。
文章将介绍风力发电的基本原理和大型变速恒频风力发电机组的基本结构。
接着,重点论述数学建模的理论框架和关键模型,如空气动力学模型、机械动力学模型、电力电子转换模型等。
在此基础上,将讨论仿真方法和技术,包括系统仿真、控制算法仿真以及性能评估等方面。
通过具体案例分析,展示建模与仿真技术在大型变速恒频风力发电机组设计、优化和运行控制中的应用。
本文的研究不仅有助于深入理解大型变速恒频风力发电机组的运行机制和性能特性,也为风电场的规划、设计、运行和维护提供了有力支持。
研究成果还可为风力发电技术的发展和创新提供有益参考。
二、风力发电机组的基本原理与结构风力发电机组是利用风能转换成电能的设备,其基本原理和结构是风力发电技术的核心。
风力发电机组主要由风轮(也称为风力机或风叶)、齿轮增速箱、发电机、偏航系统、塔架、控制系统等部分组成。
风轮是风力发电机组的核心部件,它由一组或多组风叶组成,通常呈水平轴或垂直轴布置。
当风吹过风叶时,风叶受到风力的作用开始旋转,将风能转化为风轮的机械能。
风轮旋转的速度与风速成正比,但由于风速的不稳定性,需要通过齿轮增速箱将风轮的旋转速度提高到发电机可以接受的范围内。
发电机是将机械能转换为电能的设备,风力发电机组中常用的发电机主要有同步发电机和异步发电机两种。
发电机的工作原理是通过电磁感应产生电能,当风轮通过齿轮增速箱驱动发电机转子旋转时,发电机的定子中就会产生感应电动势,从而将机械能转换为电能。
变速恒频双馈风力发电系统仿真研究
变速恒频双馈风力发电系统仿真研究变速恒频风力发电双馈异步发电机双PWM型变换器1引言风力发电是利用风能的一种有效形式,受到了广泛的关注。
和常规风力发电系统相比,变速恒频双馈风力发电系统具有功率因数可调、效率高等优点,同时变换器连接在转子回路,仅处理双向流动的转差功率,不仅具有变换器体积小、重量轻、成本低的特点,更可实现机电系统的柔性连接。
本文采用DFIG功率控制来实现最大风能追踪的实施方案。
基于最大风能追踪的需要,将磁场定向矢量控制技术应用到DFIG运行控制上,形成了基于定子磁链定向的DFIG有功、无功功率解耦控制策略;采用双PWM型变换器作为转子的励磁电源,基于电网电压定向矢量控制技术,实现了网侧变换器交流侧单位功率因数控制和直流环节电压控制。
在建立双馈风力发电系统仿真模型基础上,对整个系统进行了仿真分析,验证了该方案的正确性和可行性。
2 变速恒频双馈风力发电机的运行原理双馈型异步发电机(DFIG)采用绕线转子感应发电机,定子直接接电网,在转子侧施加交流励磁来控制发电机的转矩。
由DFIG实现的交流励磁,可以通过调节励磁电流的幅值、频率和相位实现灵活的控制;改变转子励磁电流的频率,DFIG可以实现变速恒频控制;改变转子励磁电流的相位,可以调节有功功率和无功功率[1][2]。
本文采用双PWM变换器作为DFIG转子励磁电源系统,如图1所示。
两个三相电压源型PWM 全桥变换器采用直流链连接,靠中间的滤波电容稳定直流母线电压。
转子侧变换器向DFIG的转子绕组馈入所需的励磁电流,实现DFIG的矢量控制及输出解耦的有功功率和无功功率进而实现可逆运行。
网侧变换器在实现能量双向流的同时,控制着直流母线电压的稳定,以及对网侧的功率因数进行调节。
图1 变速恒频双馈风力发电系统框图3双馈异步发电机的数学模型为了实现双馈电机的高性能控制,采用磁链定向的矢量变换技术,通过坐标变换和磁链定向,将DFIG定子电流分解成相互解耦的有功分量和无功分量分别控制,从而实现有功功率和无功功率的解耦控制。
基于双馈电机风力发电系统的建模与仿真
vi
图- 子 三 电 波 图…・ “ ........7 4 8定 侧 相 压 形 .” . ........ . ・ “........ . … ........ ........ .......3
K y od: i Pw r Vrn sed e w rs W n o e aatpe d ; i -
G nr o; t C n o eea rV c r t l t e o or
D u l fd id obe e w n ; -
n
图表清单
图- 型 步 电 系 . ”.・…”…“ , ,. 1 异 发 机 统, ,・.… ”…. . 6 1笼 . . ・ . … ・. . . ・. . “ 一 . 一 .. . . . . 图- 馈 机 力 电 统 ............ 1 2双 电 风 发 系 …............ ............ ............ ...........6 ........... . 图-无 双 风 发 系 ............. 1 刷 馈 力 电 统............. 3 ............. ............6 ............ .......... .. . 图- 桨 风 机 性 线. …”:……”.....0 2 1变 距 力 特 曲 . . 二 ” . 二..... . … “ . ”....1 . ..... ..... .... 图- 力 组 率 性 线............. 2 2风 机 功 特 曲 ............ 1 ............ 1 ............ ............ ............
变速恒频双馈感应发电机的建模及仿真
机进行 了变速恒频仿真 , 仿 真结果表 明 : 所建立的模 型是正确的 , 变速 恒频 运行 特性是 良好的。
关键词 : 双 馈 感 应 发 电机 ; 变速 恒 频 ; 建 模 仿 真 中 图分 类 号 : T M3 1 5 文献标识码 : A
目前风 力发 电 已在 可再生 能源 的开 发 中独树 一 帜, 成为 对常 规 能源最 具竞 争力 的新 能 源发 电方 式 。 在 风力发 电中 , 当风力 发 电机 与 电网并联 运 行时 , 要
求 风 电的频 率与 电 网频 率保 持 一 致 , 即频 率 保 持 恒
定 。然 而 由于风 速 随 时 变化 , 为最 大 限度 地 捕 获 风
U d 2 和“ : 分别 为定 、 转
和L ‘ q 2 分别 为定 、 转子 电
能, 提高 风力 机 的效率 , 要 求发 电机 的速 度 可 以在 一
=
本 降低 和制 造技术 的完 善 , 风力 发 电 的应 用 前 景 愈
加光 明。
作为 数 值 计算 和 仿 真 工 具 的 MA T L A B仿 真 软 件 已经广 泛应 用 于各行 各业 。它提供 了丰 富的仿 真 模块 , 为研 究 人员 提供 了方便 快 捷 的系统 分析 、 运 算 和仿 真环 境 。
=
P L ( i d i —i l i 出)
( 3 )
其 中, 尺 和 。为定 、 转子绕组 电阻 ( 1 、 2分 别 代表) ; 、 和 分别 为 d—g坐 标 系 下 定 、 转 子 等 效 自感 和等效 互感 ;
子 电压 d , q轴分 量 ;
第 l 5卷 第 3期 辽 宁科 技学 院学 报 V o 1 . 1 5 N o . 3 2 0 1 3年 9月 J O U R N A L O F L I A O N I N G I N S T I T U T E O F S C I E N C E A N D T E C H N O L O G Y S e p . 2 0 1 3
基于PSCAD的变速恒频双馈风力发电系统建模与控制研究
基于PSCAD的变速恒频双馈风力发电系统建模与控制研究一、本文概述随着全球能源结构的转型和可再生能源的大力发展,风力发电作为清洁、可再生的能源形式,已在全球范围内得到了广泛应用。
变速恒频双馈风力发电系统作为风力发电技术的一种重要形式,其运行效率、稳定性及经济性对于风力发电的可持续发展具有重要意义。
因此,本文旨在基于PSCAD仿真平台,对变速恒频双馈风力发电系统进行建模与控制研究,以期为提高风力发电系统的运行性能提供理论支持和实践指导。
本文首先介绍了风力发电技术的发展背景及变速恒频双馈风力发电系统的基本原理,为后续研究提供了理论基础。
随后,详细阐述了基于PSCAD的变速恒频双馈风力发电系统建模过程,包括风力机模型、双馈发电机模型、控制系统模型等的建立与参数设置。
在此基础上,本文重点研究了变速恒频双馈风力发电系统的控制策略,包括最大功率点追踪控制、转子侧变换器控制、电网侧变换器控制等,并通过仿真实验验证了控制策略的有效性。
本文对变速恒频双馈风力发电系统的运行性能进行了评估,包括系统稳定性、动态响应、电能质量等方面的分析。
通过对比分析不同控制策略下的仿真结果,本文得出了最优控制策略的选择依据,为实际工程应用提供了参考。
本文的研究成果对于推动变速恒频双馈风力发电技术的发展和应用具有重要意义。
二、变速恒频双馈风力发电系统原理及特点变速恒频双馈风力发电系统是一种先进的风力发电技术,其核心原理是利用双馈感应发电机(DFIG)实现变速恒频运行。
在风力发电中,风速的随机性和不稳定性使得发电机转速不断变化,而电网的频率则要求稳定。
因此,如何实现变速恒频运行是风力发电技术的关键之一。
双馈感应发电机是一种特殊的感应电机,其定子直接与电网相连,而转子则通过变频器与电网相连。
当风速变化时,发电机的转速会相应变化,但通过调整变频器的输出电压和频率,可以保持定子侧输出的电压和频率恒定,从而实现变速恒频运行。
高效率:双馈感应发电机能够在宽风速范围内保持高效率运行,从而充分利用风能资源。
变速恒频双馈风力发电机的运行控制特性的仿真与实验研究的开题报告
变速恒频双馈风力发电机的运行控制特性的仿真与实验研究的开题报告一、研究背景及意义随着清洁能源的发展以及环保意识的提高,风力发电已经成为常见的一种发电方式。
而风力发电机则是风力发电中最重要的设备之一。
现有的风力发电机主要有齿轮传动式和直驱式两种,其中直驱式风力发电机因其转速较低,功率因数高等特点受到了广泛的关注和应用。
其中,变速恒频双馈风力发电机则是直驱式风力发电机的一种。
变速恒频双馈风力发电机是近年来风力发电机领域的一个热门研究方向。
这种风力发电机具有控制方便、效率高、转速范围大等优势,同时还能够有效地解决风能资源波动及电气网络质量等问题。
因此,对于该风力发电机的运行控制特性进行研究具有重要的理论和实际应用价值。
二、研究内容本研究主要对变速恒频双馈风力发电机的运行控制特性进行研究,包括以下内容:1. 建立变速恒频双馈风力发电机的模型,并进行仿真测试。
2. 分析变速恒频双馈风力发电机的控制特性,设计控制系统模型。
3. 对模型进行实验验证,验证模型控制效果并对实验结果进行分析。
三、研究方法本研究采用建立数学模型与控制系统模型相结合的方法,通过仿真测试和实验验证来分析变速恒频双馈风力发电机的运行控制特性。
具体来说,本研究将采用如下方法进行研究:1. 建立变速恒频双馈风力发电机的数学模型,包括机电特性、电气特性和控制特性等方面的建模。
2. 对模型进行仿真测试,通过Matlab等仿真软件,对模型进行测试和分析。
3. 根据仿真结果设计变速恒频双馈风力发电机的控制系统,包括矢量控制、MPPT控制、齿轮箱预测控制等方面的设计。
4. 运用Labview等实验平台对设计的控制系统进行实验验证并对实验结果进行分析。
四、预期目标及意义本研究旨在通过对变速恒频双馈风力发电机的运行控制特性进行深入研究,达到以下目标:1. 建立变速恒频双馈风力发电机的数学模型,揭示其机电特性、电气特性和控制特性等方面的规律。
2. 给出变速恒频双馈风力发电机的控制方案,包括矢量控制、MPPT控制、齿轮箱预测控制等方面的设计。
变速恒频风力发电机组建模与仿真
变速恒频风力发电机组建模与仿真李晶1,王伟胜2,宋家骅3(1.华北电力大学,河北省保定市 071000;2.中国电力科学研究院,北京 100085;3.东北电力学院,吉林省吉林市 132012)摘要:建立了包含风力机、双馈发电机及发电机电气控制部分的变速恒频风力发电机组的整体动态数学模型;以该数学模型为基础应用MATLAB软件搭建了用于研究变速恒频风电机组和固定转速风电机组并网特性的数字仿真工具。
并以风速发生阶跃变化及风速发生不规则扰动为例,仿真比较了具有相同参数的变速和固定转速的风电机组相应物理量的响应特性。
仿真结果表明了所建模型的正确性及变速恒频双馈电机具有良好的动态特性。
关键词:风力发电;双馈发电机;动态模型;变速恒频风电机组1 引言可再生能源特别是风能的开发利用已得到世界各国的高度重视。
在过去的20多年当中,风力发电机组由最初的定桨距型发展到变桨距型,从转速固定的变桨距型发展到目前技术最为先进的变速变桨距型,发电效率在显著提高。
特别是变速变桨距机组,其发电机中采用的变速恒频技术提高了风力发电机组在低风速情况下的出力水平。
我国关于风电机组的研究主要是针对中小型固定转速的变桨距型[1],而兆瓦级的大型变速变桨距型的风电机组的研究还仅处于起步阶段。
目前兆瓦级变速风电机组多采用双馈感应发电机,有关其模型和仿真方面已做了一些研究工作,如dq/abc混合坐标下的电机模型考虑了双馈电机转子绕组与系统间变流器的作用[2],建立了适用于谐波分析的双馈电机动态模型,但模型阶数较高,不适用于变速恒频风机(VSWT)整体动态特性的分析;将描述双馈电机动态过程的复数形式数学模型线性化,建立了“小干扰稳定”数学模型[3],文[3]通过分析转子励磁绕组电压幅值和相角变化对双馈电机稳定域的影响,说明了该模型也适用于电网发生大扰动后的稳定分析,但该模型是在假设扰动过程中发电机转子转速变化不大的前提下得到的,因此不适用于转子转速变化范围较大的变速恒频风电机组的建模;以双馈电机运行机理为出发点,根据磁链、电势、电流的关系推导出了双馈电机动态数学模型[4],该模型结构简单,但文[4]作者对模型中定义的模拟转子绕组励磁电压特性的控制变量与作为受控对象的发电机出口处有功功率、无功功率之间,没有给出明确的数学关系,因此不利于控制系统的设计和实现。
变速恒频双馈风力发电系统的统一数学建模及运行仿真
( S c h o o l o f E l e c t r i c a l a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g , X u c h a n g U n i v e r s i t y , X u c h a n g 4 6 1 0 0 0 ,C h i n a )
考 虑变换器和双馈 电机 , 构建 了变速恒频双馈风力发 电系统 的统一 数学模 型 , 为实现 系统集成 控制提供 了依
据 。在 M A T L A B环境 下构建 了仿 真系统 , 实现 了风速模 拟 、 传输线模拟及 双馈风 电系统模拟 , 仿 真结果表 明 ,
在变速 恒频 双馈 风力 发电系统的统一数学模型下 , 能实现风 电系统 的有效控制 。
g e n e r a t o r — DF I G w i n d p o w e r g e n e r a t i o n s y s t e m a n d i t s e q u i v a l e n t c i r c u i t wa s a n a l y z e d,c o mb i n e d c o n v e r t e r a n d DF I G t o g e t h e r ,a n d t h e u n i i f e d mo d e l o f v a r i a b l e s p e e d c o n s t a n t f r e q u e n c y — V S C F w i n d p o w e r g e n e r a t i o n s y s t e m w a s c o n s t r u c t e d .T h e s y s t e m w a s s i mu l a t e d u n d e r MA T L AB e n v i r o n me n t ,t h e w i n d v e l o c i t y,p o w e r t r a n s mi s s i o n l i n e a n d DF I G w a s s i mu l a t e d,t h e u n i i f e d ma t h e ma t i c a l mo d e l w a s t h e p r o v i s i o n t o r e li a z e t h e s y s t e m i n t e g r a t i o n c o n t r o l a n d t h e v a l i d i t y w o r k h a s b e e n d o n e b y s y s t e m s i mu l a t i o n .
风力发电系统中双馈异步发电机的仿真研究
收稿日期 : 2005 - 06- 15
)
231 )
性 , 独立调节有功无功 , 深度运 行而不失步 , 特别适 合于风力 发电等场合。本文 将重 点研究 双馈 异步风 力发 电机的 工作 原理 , 建立其数学模 型和仿 真模 型 , 并对其 进行 功能仿 真分 析。
Vqs = R s iqs + Vds = R s ids +
Uqs = Ls iqs + Lm ic qr Ud s = L s id s + Lm ic dr
c c Uc qr = Lr i qr + L m iqs c c Udr = Lc r i dr + L m i ds
( 2)
Ls = Ll s + Lm
c Lc r = Llr + L m
Te = 1 . 5p( Uds iqs - Uqs id s ) Xs = X - Xr = sX
在同步参照系 内 , 假定定 子侧 方向 服从发 电机 惯例 , 而 转子侧服从电动机惯例 , 电机气隙均匀 , 定、 转子绕 组均三相 对称且 Y 型连接。其等效原理如图 1 所示。
2 2 2 [R sLr + ( LsLr - Lm ) s] ids = [ X ( LsL r - Lm ) + XrLm ] iqs + RrLm idr + Xr LrLm iqr + L rvd s - Lm vdr 2 2 2 [R sLr + ( LsLr - Lm ) s] iqs = [ X ( Lm - L sLr ) - XrLm ] ids - XrLrLm idr + Rr i i + L r vqs - Lm vqr m qr 2 2 [R sLr + ( LsLr - Lm ) s] idr = R sLm ids - XrLsLm iqs + [ X (L sLr - Lm ) - XrLsLr ] iqr - Lm vds + L svd r 2 2 [R sLr + ( LsLr - Lm ) s] iqr = XrLsLm id s + RsLm iqs + [ X ( Lm - LsLr ) + XrL sLr ] dr - Lm vqs + L svqr
双馈异步风力发电机建模与仿真研究董庆辰
双馈异步风力发电机建模与仿真研究董庆辰摘要:随着对能源需求的不断增长,风力发电已成为世界各国重要的能源之一。
双馈异步发电机(DFIG)因其优越的性能已成为风力发电机组采用的主流机型。
在异步发电机的仿真研究中,传统模型对系统变拓扑、非线性的特性分析比较困难。
动态相量法的思想源于传统的平均值法,动态相量法在电力系统分析、FACTS器件等领域的仿真中表现出比传统模型更好快速性和准确性。
将动态相量法引入双馈异步发电机的建模,克服了传统模型的局限性,提高了计算效率而又不失准确性。
变速恒频风电机组的发电机部分多采用双馈感应发电机,该模型双馈电机转子绕组与系统间变流器的作用,介绍了双馈异步发电机的工作原理,分析了发电机的数学模型,分析了双馈异步发电机控制模型,在 STAR-90 仿真支撑平台上得出仿真结果,结果显示:本文建立的双馈异步发电机模型以及控制模型符合发电机的特性。
关键词:双馈异步;发电机;仿真模型风力发电是最有发展前途的可再生能源形式之一, 对于节约能源、保护环境和促进可持续发展具有重要作用。
我国风能资源丰富, 随着国家对风电产业的政策扶持和政策导向力度的加大, 近年来, 我国风电市场高速发展。
同时, 我国风电国产化率有待提高,大型风力发电机组主要依赖进口, 创新能力不足已经成为制约我国风力发电产业持续、快速发展的瓶颈之一。
交流励磁变速恒频发电是全新高效发电方式, 适用于风力﹑水力等可再生能源开发利用, 尤其在风力发电中得到了广泛的应用。
变速恒频风力发电技术与恒速恒频发电技术相比具有显著的优越性,首先大大提高了风能转换效率, 显著降低了由风施加到风力机上的机械应力;其次通过对发电机转子交流励磁电流幅值﹑频率和相位可调的控制, 实现了变速下的恒频运行, 提高电力系统调节的灵活性和动、静态稳定性一、双馈异步风力发电机的特点发电机最常见类型是同步发电机,异步发电机很少使用,同步发电机定子绕组流过直流励磁建立磁场,异步发电机通过交流励磁。
双馈异步风力发电机建模与仿真研究_张照彦
+ 1+
1
1 1
1 1
(4)
式中 为微分算子, =d/d ; 为电阻; 为磁链; 为角速度。 转子绕组电压方程:
2 2
= =
2 2
2 2
+ +
2 2
2
+
(5)
1
2
=
s
(3)
由式(3)可知,当发电机处于亚同步状态时, >0 , r >0 ,变频器向转子绕组输入电功率;当发 电机处于超同步状态时, <0 , r <0 ,转子绕组通 过变频器向电网输出电功率
1
2
电磁转矩方程:空载时 DFIG 的电磁转矩为 零,即: e =0 。 运动方程: d m 1 = d 2
m m
( 17 )
1
= 1 1 =0
1
( 18 )
( 16 )
空载并网时,DFIG 定子磁链保持恒定,其值 为定子电压与同步角速度之比,如式 ( 19 ) 所示:
1 1
3
双馈异步发电机控制模型
涡轮 AC/DC 转换 AC 转子 风 传动线 定子 三相网络 DC AC L
图 1 变速恒频双馈异步发电机结构图 Fig.1 Variable speed, pitch controlled doubly-fed induction generator
双馈异步发电机的变速运行, 是建立在交流励 磁变速恒频发电技术的基础上的。 当风速变化引起 发电机转速 变化时, 应控制转子电流的频率 r , 使
第 26 卷第 1 期 2010 年 1 月
电 力 科 学 与 工 程 Electric Power Science and Engineering
变速恒频双馈异步风力发电机建模与仿真研究_王兴武
收稿日期:2009-05-18 第26卷 第10期计 算 机 仿 真2009年10月 文章编号:1006-9348(2009)10-0294-04变速恒频双馈异步风力发电机建模与仿真研究王兴武1,张照彦2,武永利2(1.华北电力大学仿真与控制技术研究所,河北保定071003;2.保定华仿科技有限公司,河北保定071051)摘要:变速恒频发电是一种全新高效发电方式,适用于风力发电等可再生能源开发利用。
为了实现变速下调节系统的稳定性,根据双馈异步风力发电机原理,建立双馈异步发电机的数学模型,采用变速恒频风力发电机运行特点分析双馈异步发电机控制模型。
在S T A R-90仿真支撑平台上开发仿真算法,建立双馈异步发电机及其控制的仿真模型,通过仿真验证模型的有效性。
仿真实验结果表明,模型能正确反映变速恒频双馈异步风力发电机的运行特性,对实际风电机组的仿真研究及运行分析具有参考意义。
关键词:风力发电机;变速恒频;仿真中图分类号:T P 391.9 文献标识码:AMo d e l i n g a n d S i m u l a t i o no f V a r i a b l e -S p e e dC o n s t a n t -F r e q u e n c yD o u b l e -F e d Wi n dG e n e r a t o rW A N GX i n g -w u 1,Z H A N GZ h a o -y a n 2,W UY o n g -l i2(1.I n s t i t u t e o f S i m u l a t i o n &C o n t r o l ,N o r t h C h i n a E l e c t r i c P o w e r U n i v e r s i t y ,B a o d i n g H e b e i 071003,C h i n a ;2.B a o d i n g S i n o S i m uT e c h n o l o g y C o r p o r a t i o n .L t d ,B a o d i n g H e b e i 071051,C h i n a )A B S T R A C T :V a r i a b l e -S p e e d C o n s t a n t -F r e q u e n c y (V S C F )i s a n e we f f i c i e n t m e t h o d f o r g e n e r a t i n g e l e c t r i c p o w -e r .I t i s a d a p t a b l e t o t h e d e v e l o p m e n t o f t h er e n e w a b l e e n e r g y s u c h a s w i n d p o w e r .T h e p a p e r a n a l y z e s t h e t h e o r y o fd o u b l y -fe di n d u c t i o n g e n e r a t o r (D F I G )u s e d i n w i n dp o w e r ,b u i l d s a m a t h e m a t i c m o d e l of D F I G ,a n d t h e n a n a l y -z e s t h e c o n t r o l m o d e l o f D F I Ga c c o r d i ng t o th e o p e r a ti o nc h a r a c t e r i s t i c o f V S C F g e n e r a t o r .I t u s e s S T A R-90s i m u l a -t i o ns u p p o r t p l a t f o r mt o d e v e l o ps i m u l a t i o na r i t h m e t i c ,b u i l ds i m u l a t i o nm o d e l o f D F I Ga n di t s c o n t r o l s y s t e m ,a n d v a l i d a t e t h em o d e l b y m e a n s o f s i m u l a t i o n .I t i s s h o w e d b y t h er e s u l t s o f s i m u l a t i o n a n de x p e r i m e n t t h a t t h e m o d e l s o u t p u t i s c o n s i s t e n t w i t ht h e o p e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c o f V S C FD F I G ,a n dt h e a n a l y s i s r e s u l t o f t h i s p a p e r h a s r e f e r -e n c e v a l u e f o r t h e s i m u l a t i o n r e s e a r c ha n do p e r a t i o na n a l y s i s o f a c t u a l w i n dt u r b i n e .K E Y WO R D S :Wi n d p o w e r g e n e r a t o r ;V a r i a b l e s p e e d c o n s t a n t f r e q u e n c y (V S C F );S i m u l a t i o n1 引言风力发电是最有发展前途的可再生能源形式之一,对于节约能源、保护环境和促进可持续发展具有重要作用。
双馈变速风电机组模型的仿真分析
双馈变速风电机组模型的仿真分析在常用的变速恒频风力机种类中,双馈异步电机的风力机有比较大的技术优势和市场空间。
文章对使用双馈异步风力发电机的风力机组的输出性能做出研究与分析,并使用MATLAB进行仿真模拟。
文章的主要工作包含以下两个部分:第一部分是在风速波动条件下,分别通过电压模式控制和无功功率模式控制,研究分析风电机组的输出特性变化。
第二部分是在电网故障条件下,分别通过电压模式控制和无功功率模式控制,研究风电机组输出特性变化。
标签:风力发电;双馈风电机组;动态模型;MATLAB引言能源的发展对国民的经济有着非常重要的作用。
常规能源主要以化石能源为主,在全球工业飞速发展的时代,产生极具经济效益的同时,化石性燃料使用的程度也达到了空前。
化石性燃料的使用对大气造成了严重的污染,对人类的生存环境造成了重大的破坏;此外,化石性燃料隶属一次性能源,总有消耗完结的时候。
经济生活中的国策,能源对人类的经济与社会的发展的限制和对资源环境的影响也越来越明显[1]。
虽然各种类新能源中以太阳能的储量最为丰富[2],但是利用太阳能直接进行光伏发电目前仍有一些不能解决的技术问题。
所以风力对于我们来说是一个比较理想的替代能源。
双馈变速恒频风力发电机目前作为风力发电系统中使用的主要机型,其中永磁直驱式变桨距和双馈异步式的变速恒频风电机组已经成为兆瓦级风电机组的主要技术形式[3]。
对上述风力机组的入网运转调控措施的研究是风能发电系统能够广泛应用的基础。
双馈风力发电机多采用双PWM变换器为转子提供励磁电流[4]。
转子侧变换器控制策略主要有两大类,一类是基于矢量控制的间接功率控制[5-6],另一类是直接功率控制[7-8]。
我们国家从“十五”时期已经对双馈异步发电机风电机组理想电网条件下的运转控制进行了比较为深入剖析[9]。
实际工程中电网展示出不稳定特点,电压剧降则是一种非常遇见情况,研究这种故障下DFIG的行为、特性,提高风电机组对这种故障的适应能力,已成为目前国内外研究的热点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
定子电压方程:
fⅡ棚=一p砂出+∞·妒一
(7)
Lugl=一p砂训+gOl砂棚
转子电压方程:
பைடு நூலகம்
fu正=R:i丑+p吵正一∞一砂扛
(8)
tu口=R2iq2+p驴啦+∞,吵啦
定子磁链方程:
图2空载并网控制结构图
3.2双馈异步发电机有功无功控制 双馈发电机的电路存在磁路上的耦合,使双馈发电机在
三相坐标系下的数学模型是非线性、时变的高阶系统,为了 达到有功功率、无功功率解耦控制的目的,采用了矢量控制。 矢茸控制技术是在电机交流调速的应用中发展起来的,其基
本思路是利用d—q旋转坐标系统,将定子三相电流分解为 励磁电流分量和转矩电流分量,在调速的过程中保持励磁电 流分量不变。
1 引言 风力发电是最有发展前途的可再生能源形式之一,对于
节约能源、保护环境和促进可持续发展具有重要作用。我国 风能资源丰富,随着国家对风电产业的政策扶持和政策导向 力度的加大,近年来,我国风电市场高速发展。但同时,我国 风电国产化率有待提高,大型风力发电机组主要依赖进13, 创新能力不足已经成为制约我国风力发电产业持续、快速发 展的瓶颈之一。
2.Baoding SinoSimu Technology Corporation.Ltd,Baoding Hebei 071051,China)
ABSTRACT:Variable—Speed Constant—Frequency(VSCF)is a Dew efficient method for generating electric pow· er.It is adaptable to the development of the renewable energy such as wind power.The paper analyzes the theory of doubly—fed induction generator(DFIG)used in wind power,builds a mathematic model of DFIG,and then analy- zes the control model of DFIG according to the operation characteristic of VSCF generator.It uses STAR一90 simula· tion support platform to develop simulation arithmetic,build simulation model of DFIG and its control system,and validate the model by means of simulation.It is showed by the results of simulation and experiment that the model’S output is consistent with the operation characteristic of VSCF DFIG,and the analysis result of this paper has refer- ence value for the simulation research and operation analysis of actual wind turbine. KEYWORDS:Wind power generator;Variable speed constant frequency(VSCF);Simulation
面坐标系中的发电机定子输出功率方程为:
p训挑+ILqllql
(18)
‘。
LQl=u卅i棚一/'ldli训
根据发电机定子磁场定向控制原理,将式(14)、(15)代人
发电机定子输出功率方程(18)可得:
p—Ullql
(19)
‘。
【Ql:一Uti胡
式(18)(19)中,P.、Q。分别是发电机定子输出有功功率和无
双馈异步发电机由绕线转子异步发电机和在转子电路 上带交流励磁变流器组成。发电机向电网输出的功率由两 部分组成,即直接从定子输出的功率和通过变流器从转子输 出的功率。风力机的机械速度是允许随着风速而变化的,通 过对发电机的控制使风力机运行在最佳叶尖速比,从而使在 整个运行速度范围内均有最佳风能利用系数。变速恒频双 馈异步发电系统原理结构如图1所示。
第26卷第10期 文章编号:1006—9348(2009)10—0294—04
计算机仿真
2009年10月
变速恒频双馈异步风力发电机建模与仿真研究
王兴武1,张照彦2,武永利2
(1.华北电力大学仿真与控制技术研究所,河北保定071003; 2.保定华仿科技有限公司,河北保定071051)
摘要:变速恒频发电是一种全新高效发电方式.适用于风力发电等可再生能源开发利用。为了实现变速下调节系统的稳定 性,根据双馈异步风力发电机原理,建立双馈异步发电机的数学模型,采用变速恒频风力发电机运行特点分析双馈异步发电 机控制模型。在STAR一90仿真支撑平台上开发仿真算法,建立双馈异步发电机及其控制的仿真模型,通过仿真验证模型 的有效性。仿真实验结果表明,模型能正确反映变速恒频双馈异步风力发电机的运行特性,对实际风电机组的仿真研究及 运行分析具有参考意义。 关键词:风力发电机;变速恒频;仿真
交流励磁变速恒频发电是20世纪末发展起来的一种全
收稿日期:2009—05—18
.—-——294---——
万方数据
新高效发电方式,适用于风力、水力等可再生能源开发利 用,尤其在风力发电中得到了广泛的应用。变速恒频风力发 电技术与恒速恒频发电技术相比具有显著的优越性,首先大 大提高了风能转换效率,显著降低了由风施加到风力机上的 机械应力;其次通过对发电机转子交流励磁电流幅值、频率 和相位可调的控制,实现了变速下的恒频运行,通过矢量变 换控制还能实现输出有功和无功功率的解耦控制,提高电力 系统调节的灵活性和动、静态稳定性。
双馈异步发电机并网前后运行特性不同,导致其控制方 式不同,所以发电机的控制可以空载并网控制和发电控制两 个阶段分别实现。空载并网控制包括并网前的并网转速调 节和发电机定子电压调节;发电控制是双馈异步发电机控制 的核心,主要分为3个部分:转子侧变流器控制、网侧变流器 控制、变流器相关模型H]。
限于篇幅,文中对发电机并网前的定子电压控制和并网 后的有功无功控制进行分析。 3.1双馈异步发电机并网控制
』砂胡=一L珥i止
L砂口l=一Lmi啦
(9) ..一295..~
转子磁链万程:
f砂正=£:i也
(10)
o%2如如
定、转子电压与电流之间的关系:
f‘ u棚2L廿i正一∞lLmi庐(11),
LⅡ训2L.pi社+tOlL。k
fⅡ也=(尺z+如JD)i正一∞,岛i乖
(12)
【“啦=(R2+如p)i皿+∞。厶i正
所以在定子磁链定向和忽略定子电阻的情况下,得出以 下关系:
严~
(14)
L“d=一uI
f忆。缈-
(15)
tOql=0
空载并网时,DFIG定子磁链保持恒定,其值为定子电压
与同步角速度之比,如式(16)所示:
P-2 0
(16)
tuI 2∞l吵l
代入发电机空载模型中的定子磁链方程,可得:
.--——296---——
电磁转矩:空载时DFIG的电磁转矩为零,即:t=O。
运动方程:
警=刍(一几。一L)
(13)
卜一(
(17)
‘艺=0
式(17)中:‘、艺为转子电流参考值。
根据式(14)一(17)可得出,DFIG空载并网控制对定子
电压的调节,是通过对转子电流控制实现的,转子电流控制
框图如图2所示:
3双馈异步发电机控制模型
万方数据
受制于电网电压,为输入量,为此需建立分别适用于不同运 行状态的两种发电机模型。在仿真系统中,分别建立了空载 发电机模型和并网发电的发电机模型以及相对应的空载并 网控制模型和并网发电控制模型口]。 2.2.1并网后的双馈异步发电机模型
幽坐标下的发电机模型方程如下:(其中:下标d表示d 轴分量,下标q表示q轴分量;下标l表示定子分量,下标2 表示转子分蕈;P为微分算子,P=d/dt)
双馈异步发电机并网前对定子电压进行调节,使得定子 电压与电网电压相同,之后进行并网。
根据发电机空载时的数学模型,可以得出基于磁场定向 的发电机空载并网控制策略。定子磁链定向时,定子磁链矢
量砂。与d轴方向一致,在d,q轴上的磁链分量分别为:“=
砂。、吵叭=0。由于发电机定子侧频率为工频,定子电阻远小 于定子绕组电抗,可以忽略,即R.=0,因而发电机感应电动 势近似等于定子电压,感应电动势矢量E。落后定子磁链 驴。90。,故E和定子电压矢量Ⅳ。位于g轴的负方向,所以u胡 =0、u训=一址。,其中Ⅱ。为定子电压矢量U的幅值。
2)不考虑温度对电机参数的影响; 3)转子绕组均折算到定子侧,折算后每相绕组匝数 相等; 4)忽略磁饱和,各绕组的自感和互感都是恒定的; 5)忽略铁芯损耗。 发电机并网是一个瞬变过程,受制于并网前发电机的运 行状况、影响并网后发电机的运行行为。并网前、后发电机 的运行状态和运行控制均不相同:并网前发电机空载运行, 实施空载并网控制;并网后发电机发电运行,实施最大风能 追踪控制、转速控制和功率控制。 发电机空载运行时定子电压为输出量,并网后定子电压
本文分析双馈异步发电机的原理,建立发电机的数学模 型,包括并网前的数学模型和并网后的数学模型,分析讨论 双馈异步发电机控制模型,得出简单实用的变速恒频双馈异 步风力发电机仿真模型。在STAR一90仿真支撑平台上建 立仿真算法与模型,使用仿真结果验证模型的有效性。
2双馈异步发电机数学模型 2.1双馈异步发电机工作原理