实验一 风力发电机组运行实验

实验报告

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实验一风力发电机组运行实验

一．实验目的

熟悉异步风电机组的工作原理及其并网过程，掌握风速波动时异步风电机组的输出特性和电网故障时异步风电机组的输出特性。

二．实验内容

1. 搭建一个单机容量为1.5MW的异步风力发电系统，并实现其并网运行，电网由单机无穷大系统代替。

2．对该异步风力发电系统和单机无穷大系统中各个模块进行参数设置。

3．观察并记录风速波动时异步风电机组的输出特性和电网故障时异步风电机组的输出特性。

三．实验设备及仪器

1．计算机。

2．MATLAB软件。

四．实验方法

1．并网运行异步风电机组的系统结构

基于普通感应发电机的异步风电机组，一般由风轮、轴系（包括低速轴LS、高速轴HS 和齿轮箱组成）、感应发电机等组成，如图1-1所示。发电机转子通过轴系与风电机组风轮连接，而发电机定子回路与电网用交流线路连接。这种类型的风电机组一旦起动，其风轮转速是不变的（取决于电网的系统频率），与风速无关。在电力系统正常运行的情况下，风轮转速随感应发电机的滑差变化。风电机在额定功率运行状态下，发电机滑差的变化范围为1%~2%,因此正常运行时风轮转速仅在很小范围内变化。

图1-1 基于普通感应发电机的异步风电机组

2．并网运行异步风电机组的仿真模型搭建

并网运行异步风电系统的仿真模型

3．模块参数设置

按照实验要求将Powergui、Three-Phase Source、Three-Phase Transformer(Two Windings)、Three-Phase PI Section Line、Three-Phase Fault、Three-Phase Transformer(Two Winding)1、Three-Phase V-I Measurement、风电机组模块、Bus Selector以及Step模块的参数设置好。

4. 仿真运行

（1）风速波动时风电机组输出特性仿真

选择Ode23tb(Stiff/TR-BDF2)算法，仿真起始时间为0，终止时间为30s。

(2) 电网故障时风电机组输出特性仿真

仿真电路参数设置基本不变，主要改变Three-Phase Fault(三相故障模块)的参数。设置电网在0.02s发生三相短路故障，到0.1s时故障消失，仿真起始时间为0，终止时间为1s

五．实验结果及分析

1．分析并网运行异步风电机组的工作原理

答：工作原理：当非稳态风作用于风电机组时，将会在机组上产生不同的载荷作用。风轮叶片在风的作用下，产生轴向推力和周向剪力，随着风轮转速的增加，将产生扭矩和离心力，同时伴随叶片重力的交变作用，使得整个风轮形成了扭转、倾覆和偏转运动。扭转的主轴将会传递风轮扭矩到齿轮箱的一级行星齿轮上，而一级齿轮通过二级平行轴齿轮传递扭转，使得低转速大扭矩的载荷转化为高转速低扭矩的载荷，便于发电机的吸收；最后电机轴上的扭矩将通过切割电磁形成电能，完成风能—机械能—电能的转化。

风力发电机的并网直接影响到风力发电机能否向输电电网输送电能以及机组是否受到并网时冲击电流的影响，为了使发电机能并网发电，必须满足以下条件：

1发电机发出电源的相序与电网汇流排相序相同。

2发电机的电压有效值与电网汇流排的电压有效值相等或接近相等。

3发电机的频率应与电力系统电源的频率基本相等。

4发电机的电压相位与电力系统电源的电压相位相等。

5波形相同，发电机和电网同样是正弦波波形。

2．记录风速波动时异步风电机组的输出特性和电网故障时异步风电机组的输出特性。

风速波动时异步风电机组的输出特性：

电网故障时异步风电机组的输出特性：