风电并网仿真

风电并网课程作业

用digsilent软件仿真分析

含风电场的单机无穷大系统

的潮流与动态过程

班级：研电1105

姓名：郭威（1112201057）

李彦宾（1112201063）

0 仿真系统参数如下

双馈电机参数： 变压器参数：

额定容量S N =1.5MVA 额定容量S N =63MVA 额定电压U N =0.69kV 额定电压U N =242kV/10.5kV 正常转速n =1490.565rpm 短路损耗404kW 级对数 p=2 空载损耗93kW 惯性时间常数（集中参数）T J =5s 短路电压14.45% 定子电阻R s =0.00598989pu 空载电流2.41% 转子电抗x s =0.125pu 直流电容参数：

同步速时 C =48137.6µF E =1.15kV 转子电阻R r =0.00619137pu 系统参数：

转子电抗x r =0.105368pu 无限大系统: f =50Hz 静止时 负荷参数：

转子电阻R r =0.02623123pu P=35MW ，cos Φ=0.9 输电线路：LGJ400，200km, r1=0.08 Ω/km,x1=0.04 Ω/km.

变压器参数计算：选择电力变压器型号为SSPL-63000/220，额定容量为63000kVA ，额定电压242±2⨯2.5%kV ，低压10.5kV ，短路损耗404kW ，空载损耗93kW ，短路电压14.45%，空载电流2.41%，经过计算：

Ω=⨯⨯==96.5631000242404100022

2N N K T S U P R Ω=⨯⨯==33.13463

10024245.14100%22

N N k T S U U X

S U P G N

T 6

22010588.12421000931000-⨯=⨯=⨯=

S U S I B N

N T 52201059.22421006341.2100%-⨯=⨯⨯==

搭建的单机无穷大系统潮流图，该系统中无穷大系统由内阻为0、电压标么值为1的50Hz 交流电压源进行等值。发电机采用经典二阶模型。设Xd ’后暂态电势E ’恒定、机械功率Pm 恒定，D 为定常阻尼系数，忽略线路损耗及分布电容，则对于单机无穷大系统有如下运动方程：

(1)1m e d M P P D dt d dt ω

ωδω⎧=---⎪⎪⎨

⎪=-⎪⎩

下图中是digsilent潮流计算之后的潮流图(单线图)，图中记录了母线电压、相角以及标幺值，而变压器与线路都显示了有功、无功及负载率。

图0-1 单机无穷大系统拓扑图

加入由10台同型号，容量为1.5MW的DFIG构成的风电场之后，含风电场的完整系统拓扑图为：

图0-2 风机并网后的拓扑图

上图中，我们将风电场直接并入220kV的单机无穷大的系统内，其中风电场的风机是双馈风机，采用一个三绕组变压器（220kV/0.69kV/0.69kV）将控制回路（背靠背系统）与发电机的定子输出相分离，从而使风电厂的可靠性增强。

1 含风电场的单机无穷大系统潮流图

图0-3 风机并网后的潮流计算图

在digsilent中，由上图看出双馈电机的转子直接接到了一个直流母线上缺少了转子侧变流器的逆变作用，而不是我们所学习的转子通入三相交流电源，实际上在digsilent中原理上仍然是转子通入三相交流电，只是我们通过搭建模块将转子变流器以及其控制策略集成在控

制模块中，所以在拓扑结构图中没有显示出来。

2 双馈机的基本原理

双馈机的等值电路如图2-1所示。

图2-1双馈机等值电路

其中jX m 为激磁电抗，R s +jX s 为定子阻抗，R r 为转子电阻，X r 为转子漏抗，r

U 为转子电压，以上所有转子量均为折算到定子侧的数值。

忽略定子电阻，从定子侧输入的电磁功率可表示为

]Re[112r r r r s I U s

R I s P -=

(1)

其中前面一项对应一般异步电机的电磁功率，该值完全取决于异步电机的滑差，滑差为正时吸收电磁功率，运行于电动机状态；滑差为负时发出电磁功率，运行于发电机状态。双馈机则可以通过控制后面一项，使得电机的滑差为正时也能实现发电；实际中，双馈发电机的转速变化范围可达同步速的±30%。式（1）也表明，双馈机的定子功率控制是通过调节转子回路的励磁电压或电流实现的，具体调节过程通过矢量控制技术实现。

从双馈机转子输出到电网的电磁功率为

2]Re[r r s r r r R I sP I U P -=-= (2)

忽略转子损耗，则有

s r sP P = (3)

即在忽略双馈电机定子和转子损耗的条件下，通过转子回路馈入电网的功率为通过电网流入定子回路功率的s 倍。据图2-1所示的参考方向，有

r m s P P P += (4)

由式（3）和（4），可以得到

s m P s P )1(-= (5)

式（3）和（5）即构成了双馈机的功率关系方程。

当0＜s ＜1时，双馈机运行于亚同步状态；当s ＞1时，双馈机运行于超同步状态，

不同运行状态下双馈机的实际功率流向如图12所示。

(a) 亚同步发电 (b) 亚同步电动

(c) 超同步发电 (d) 超同步电动

图2-2 不同运行状态下双馈机功率流向

由图2-2可知，不论是发电机状态还是电动机状态，亚同步运行时双馈机的定子功率和转子功率流向相反；超同步运行时双馈机的定子功率和转子功率流向相同。实际上，双馈机在滑差为0的情况下也可实现发电，这时转子回路电流频率为0，即为直流电，而转子回路馈入电网的有功功率为0，双馈机的运行状态等同于同步发电机；由于其特殊性，一般不将其列为一种独立的运行状态。

从第一部分的潮流图可知，转子功率和定子功率都往电网流，可见DFIG 处于超同步状态，转子转速大于同步速。

双馈机的dq 电压、磁链方程如下：

rq

r rd rq rq rd r rq rd rd sq s sd sq sq sd s sq sd sd i R s p u i R s p u i R p u i R p u ++=+-=++=+-=ψωψψωψψωψψωψ1111 （6）

sq

m rd r rq sd m rd r rd rq m sq s sq rd m sd s sd i L i L i L i L i L i L i L i L +=+=+=+=ψψψψ

由于双馈机的定子接在频率恒定的大电网上，定子电阻比电抗小很多，可以忽略不计，