第9章_MATLAB在风力发电技术中的应用仿真
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第9章 MATLAB在风力发电技术中的 应用仿真
9.1 定速风电机组的仿真实例 9.2 双馈变速风电机组的仿真实例
图9-1
风电机组通用动态模型框图
9.1 定速风电机组的仿真实例
9.1.1 定速风电机组的工作原理 9.1.2 定速风电机组的模型仿真
图9-2
基于普通感应发电机的定速风电机组
0.5 0.4 0.3
<wr (pu)> <P (pu)> <Q (pu)> <Vabc (cmplx) (pu)>
[m_wt]
|u|
y From Workspace 0 Constant
A B C A B C a b c
Scope
Wind (m/s) wind (m/s) Trip trip A a B b C c
A B C Line1
14~15
Vdq_rotor(pu)
16~17
Idq_rotor(pu)
18 19
wr (pu) Tm (pu)
20
Te (pu)
以发电机额定容量作为基 准值的电磁转矩
表9-2 双馈变速风电机组输出信号
21~22
Vdq_grid_conv(pu)
以发电机额定电压为基准 值的风电机组电网侧变流器 直轴和交轴电压值
表9-2 双馈变速风电机组输出信号
信号
23~25
信号名称
Iabc_grid_conv(cmplx)(pu)
信号定义
以发电机额定电压为基准 值的风电机组电网侧变流器 直轴和交轴电流相量 以发电机额定容量作为基 准值的双馈变速风电机组输 出的有功功率正值表示机组 产生有功功率 以发电机额定容量作为基 准值的双馈变速风电机组输 出的无功功率正值表示机组 产生无功功率 变换器直流环节电压 桨距角
Vabc A Iabc aB b cC
[Vabc_B1] [Iabc_B1]
com A b B C c a
Tm A m B C <Rotor speed (wm)> <Electromagnetic torque Te (pu)>
[wr] [Te]
Trip Breaker1 B1
a b c
Asynchronous Machine [Vabc_B1] Trip Breaker2 [Iabc_B1]
9.2.2 双馈变速风电机组的模型仿真
1.双馈变速风电机组模块简介及参数设置 2.风速波动时风电机组输出特性仿真 3.电网故障时风电机组输出特性仿真
A B C Fault
y From Workspace [Trip_WT]
Trip Trip <Vdc (V)>
wind
Wind (m/s) Wind (m/s)
2
Iabc(cmplx) (pu)
3
P (pu)
4
Q (pu)
表9-1 定速风电机组的内部信号
5
6
wr (pu)
Tm (pu)
发电机转子转速
施加于发电机上的机械转 矩，它是以发电机额定容量 作为基准值的标幺值 以发电机额定容量作为基 准值的电磁转矩 桨距角
7 8
Te (pu) Pitch_angle(deg)
Asynchronous machine Stator currents + Grid-side converter currents
B1
[wr] [Beta] 1 Wind (m/s)
Generator speed (pu) Pitch angle (deg) Wind speed (m/s) Tm (pu)
26
P (pu)
27
Q (pu)
28 29
Vdc(V) Pitch_angle(deg)
图9-19
电压控制模式下风电机组输出特性变化曲线
图9-20
无功功率控制模式下风电机组输出特性变化曲线
图9-21
电网故障时电压控制模式下风电机组输出特性变化曲线
图9-22
电网故障时无功功率控制模式下风电机组输出特性变化曲线
A B C
A B C
a b c
A B C
m
[m_wt] Goto
Three-Phase Source
220kV/35kV
25 kV/ 575 V 12 MVA
B575_1 (575 V)
A
Phasors pow ergui
B C Three-Phase Fault
P <-----Q ------>
Wind Turbine Induction Generator (Phasor Type)
[Beta]
Iq_ref Iq_ref
Iq_grid_conv _ref (pu)
2 Trip
Trip
m
1 m
Generator & Converters
图9-13
图9-14
风力机数据参数对话框
图9-15
发电机数据参数对话框
图9-16
变换器数据参数对话框
图9-17
双馈变速风电机组风电机组在电压控制模式下参数对话框
图9-8
From Workshop参数设置对话框
图9-9
风速波动时风电机组的输出特性
图9-10
电网故障时风电机组的输出特性
9.2 双馈变速风电机组的仿真实例
9.2.1 基于双馈感应发电机的变速风电机组的工作原理 9.2.2 双馈变速风电机组的模型仿真
图9-11
装有部分负载变频器的双馈变速风电机组
Wind_On
Tm (pu)
Ia (pu)
-Kpu->A
[Ia]
Wind Turbine [Vabc_B1]
Vabc_B1 (pu) Ib (pu)
-Kpu->A
[Ib]
Vref Vref
V_ref (pu) wr (pu)
[wr]
Qref Qref
Q_ref (pu)
Pitch_angle (deg)
风力机数据参数对话框
图9-7
发电机数据参数对话框
表9-1 定速风电机组的内部信号
信号
1
信号名称
Vabc(cmplx)(pu)
信号定义
以发电机额定电压为基准 值的定速风电机组出口电压 相量（相电压） 以发电机额定电压为基准 值的流入定速风电机组端口 电流相量 以发电机额定容量作为基 准值的定速风电机组输出的 有功功率正值表示机组产生 有功功率 以发电机额定容量作为基 准值的定速风电机组输出的 无功功率正值表示机组产生 无功功率
B575 (575 V)
A B C
6 x 1.5 MW
Grounding Transformer X0=4.7 Ohms
3.3ohms
Plant 2 MVA
Vabc_B120 Vabc_B25 Vabc_B575 P_B25 Q_B25 V1_Plant I1_Plant Motor_Speed
Vabc_B120 (pu) V1_B575 Vabc_B25 (pu) I1_B575 Vabc_B575 (pu) P_mean P_B25 (MW) Q_mean Q_B25 (Mv ar) V_Plant 2.3kV pos. seq. (pu) I Plant pos. seq. (pu/2 MVA) Motor Speed (pu)
wind
Wind speed (m/s) Trip
0
[Trip_WT]
Pos. seq. V1_B575 (pu) Pos. seq. I1_B575 (pu)
Generated P(MW) Generated Q(Mv ar)
Wind Turbine Protection
Trip Time
0
Wind turbine Data acquisition Vdc wr Grid pitch
220 kV
2500 MVA X0/X1=3
B120 (120 kV)
220 kV/35 kV 47 MVA
a b c A B C N
B25 (25 kV)
35 kV/ 575 V 6*2 MVA
Wind Turbine Doubly-Fed Induction Generator (Phasor Type) Load 500 kW
Vdc wr pitch
A N B C
A B C
A B C
aA bB cC
A B C
a b c
A B C 20 km line
A B C
aA bB cC
A B C 10 km line
A B C
A B C
A B C
a b c
aA bB cC
A B C
m
<wr (pu)> <Pitch_angle (deg)>
Iabc_B1 Pmes Vabc_B1
NOT
2 Trip
[S] R
Q !Q
Convert [wr] Conversion
wr
A B C
com A B C
[Tm] Pnom/1000 [Te]
Tm
Te
m
1 m
[pitch]
Pitch_angle (deg)
Data acquisition
图9-5
图9-6
图9-18
双馈变速风电机组在无功功率控制模式下参数对话框
表9-2 双馈变速风电机组输出信号
信号
1~3
信号名称
Iabc(cmplx) (pu)
信号定义
以发电机额定电压为基准 值的流入风电机组端口电流 相量 以发电机额定电压为基准 值的风电机组出口电压相量 （相电压） 以发电机额定电压为基准 值的风电机组定子直轴和交 轴电压值 以发电机额定电压为基准 值的流入发电机定子的电流 相量
pitch angle (deg) Vdc (V) Speed (pu)
windturbine1
Phasors pow ergui
windturbine2
Grid Data acquisition
图9-12
Vabc
[Vabc_B1]
A
1 A
a
[Ia]
B
s + -
2 B
b
[Ib]
s + -
3 C
c
C
图9-4
Generator speed (pu)
[wr] [pitch] PI 1 Wind (m/s) Rate Limiter Pmec/Pnom
[Tm]
Tm (pu)
Pitch angle (deg) Wind speed (m/s)
Wind Turbine
Wind_On
1 A 2 B 3 C
0o
10o
Cp
2.5o
5o
0.2 0.1 0.0
25o
-0.1 0 2 4 6
Байду номын сангаас 15o
8
10
12
14
16
图9-3
关系曲线
9.1.2 定速风电机组的模型仿真
1.定速风电机组模块简介及参数设置 2.风速波动时风电机组输出特性仿真 3.电网故障时风电机组输出特性仿真
4~6
Vabc(cmplx)(pu)
7~8
Vdq_stator(pu)
9~11
Iabc_stator (cmplx)(pu)
表9-2 双馈变速风电机组输出信号
12~13
Idq_stator(pu)
以发电机额定电压为基准 值的风电机组定子直轴和交 轴电流值
以发电机额定电压为基准 值的风电机组转子直轴和交 轴电压值 以发电机额定电压为基准 值的风电机组转子直轴和交 轴电流值 发电机转子转速 施加于发电机上的机械转 矩，它是以发电机额定容量 作为基准值的标幺值
9.1 定速风电机组的仿真实例 9.2 双馈变速风电机组的仿真实例
图9-1
风电机组通用动态模型框图
9.1 定速风电机组的仿真实例
9.1.1 定速风电机组的工作原理 9.1.2 定速风电机组的模型仿真
图9-2
基于普通感应发电机的定速风电机组
0.5 0.4 0.3
<wr (pu)> <P (pu)> <Q (pu)> <Vabc (cmplx) (pu)>
[m_wt]
|u|
y From Workspace 0 Constant
A B C A B C a b c
Scope
Wind (m/s) wind (m/s) Trip trip A a B b C c
A B C Line1
14~15
Vdq_rotor(pu)
16~17
Idq_rotor(pu)
18 19
wr (pu) Tm (pu)
20
Te (pu)
以发电机额定容量作为基 准值的电磁转矩
表9-2 双馈变速风电机组输出信号
21~22
Vdq_grid_conv(pu)
以发电机额定电压为基准 值的风电机组电网侧变流器 直轴和交轴电压值
表9-2 双馈变速风电机组输出信号
信号
23~25
信号名称
Iabc_grid_conv(cmplx)(pu)
信号定义
以发电机额定电压为基准 值的风电机组电网侧变流器 直轴和交轴电流相量 以发电机额定容量作为基 准值的双馈变速风电机组输 出的有功功率正值表示机组 产生有功功率 以发电机额定容量作为基 准值的双馈变速风电机组输 出的无功功率正值表示机组 产生无功功率 变换器直流环节电压 桨距角
Vabc A Iabc aB b cC
[Vabc_B1] [Iabc_B1]
com A b B C c a
Tm A m B C <Rotor speed (wm)> <Electromagnetic torque Te (pu)>
[wr] [Te]
Trip Breaker1 B1
a b c
Asynchronous Machine [Vabc_B1] Trip Breaker2 [Iabc_B1]
9.2.2 双馈变速风电机组的模型仿真
1.双馈变速风电机组模块简介及参数设置 2.风速波动时风电机组输出特性仿真 3.电网故障时风电机组输出特性仿真
A B C Fault
y From Workspace [Trip_WT]
Trip Trip <Vdc (V)>
wind
Wind (m/s) Wind (m/s)
2
Iabc(cmplx) (pu)
3
P (pu)
4
Q (pu)
表9-1 定速风电机组的内部信号
5
6
wr (pu)
Tm (pu)
发电机转子转速
施加于发电机上的机械转 矩，它是以发电机额定容量 作为基准值的标幺值 以发电机额定容量作为基 准值的电磁转矩 桨距角
7 8
Te (pu) Pitch_angle(deg)
Asynchronous machine Stator currents + Grid-side converter currents
B1
[wr] [Beta] 1 Wind (m/s)
Generator speed (pu) Pitch angle (deg) Wind speed (m/s) Tm (pu)
26
P (pu)
27
Q (pu)
28 29
Vdc(V) Pitch_angle(deg)
图9-19
电压控制模式下风电机组输出特性变化曲线
图9-20
无功功率控制模式下风电机组输出特性变化曲线
图9-21
电网故障时电压控制模式下风电机组输出特性变化曲线
图9-22
电网故障时无功功率控制模式下风电机组输出特性变化曲线
A B C
A B C
a b c
A B C
m
[m_wt] Goto
Three-Phase Source
220kV/35kV
25 kV/ 575 V 12 MVA
B575_1 (575 V)
A
Phasors pow ergui
B C Three-Phase Fault
P <-----Q ------>
Wind Turbine Induction Generator (Phasor Type)
[Beta]
Iq_ref Iq_ref
Iq_grid_conv _ref (pu)
2 Trip
Trip
m
1 m
Generator & Converters
图9-13
图9-14
风力机数据参数对话框
图9-15
发电机数据参数对话框
图9-16
变换器数据参数对话框
图9-17
双馈变速风电机组风电机组在电压控制模式下参数对话框
图9-8
From Workshop参数设置对话框
图9-9
风速波动时风电机组的输出特性
图9-10
电网故障时风电机组的输出特性
9.2 双馈变速风电机组的仿真实例
9.2.1 基于双馈感应发电机的变速风电机组的工作原理 9.2.2 双馈变速风电机组的模型仿真
图9-11
装有部分负载变频器的双馈变速风电机组
Wind_On
Tm (pu)
Ia (pu)
-Kpu->A
[Ia]
Wind Turbine [Vabc_B1]
Vabc_B1 (pu) Ib (pu)
-Kpu->A
[Ib]
Vref Vref
V_ref (pu) wr (pu)
[wr]
Qref Qref
Q_ref (pu)
Pitch_angle (deg)
风力机数据参数对话框
图9-7
发电机数据参数对话框
表9-1 定速风电机组的内部信号
信号
1
信号名称
Vabc(cmplx)(pu)
信号定义
以发电机额定电压为基准 值的定速风电机组出口电压 相量（相电压） 以发电机额定电压为基准 值的流入定速风电机组端口 电流相量 以发电机额定容量作为基 准值的定速风电机组输出的 有功功率正值表示机组产生 有功功率 以发电机额定容量作为基 准值的定速风电机组输出的 无功功率正值表示机组产生 无功功率
B575 (575 V)
A B C
6 x 1.5 MW
Grounding Transformer X0=4.7 Ohms
3.3ohms
Plant 2 MVA
Vabc_B120 Vabc_B25 Vabc_B575 P_B25 Q_B25 V1_Plant I1_Plant Motor_Speed
Vabc_B120 (pu) V1_B575 Vabc_B25 (pu) I1_B575 Vabc_B575 (pu) P_mean P_B25 (MW) Q_mean Q_B25 (Mv ar) V_Plant 2.3kV pos. seq. (pu) I Plant pos. seq. (pu/2 MVA) Motor Speed (pu)
wind
Wind speed (m/s) Trip
0
[Trip_WT]
Pos. seq. V1_B575 (pu) Pos. seq. I1_B575 (pu)
Generated P(MW) Generated Q(Mv ar)
Wind Turbine Protection
Trip Time
0
Wind turbine Data acquisition Vdc wr Grid pitch
220 kV
2500 MVA X0/X1=3
B120 (120 kV)
220 kV/35 kV 47 MVA
a b c A B C N
B25 (25 kV)
35 kV/ 575 V 6*2 MVA
Wind Turbine Doubly-Fed Induction Generator (Phasor Type) Load 500 kW
Vdc wr pitch
A N B C
A B C
A B C
aA bB cC
A B C
a b c
A B C 20 km line
A B C
aA bB cC
A B C 10 km line
A B C
A B C
A B C
a b c
aA bB cC
A B C
m
<wr (pu)> <Pitch_angle (deg)>
Iabc_B1 Pmes Vabc_B1
NOT
2 Trip
[S] R
Q !Q
Convert [wr] Conversion
wr
A B C
com A B C
[Tm] Pnom/1000 [Te]
Tm
Te
m
1 m
[pitch]
Pitch_angle (deg)
Data acquisition
图9-5
图9-6
图9-18
双馈变速风电机组在无功功率控制模式下参数对话框
表9-2 双馈变速风电机组输出信号
信号
1~3
信号名称
Iabc(cmplx) (pu)
信号定义
以发电机额定电压为基准 值的流入风电机组端口电流 相量 以发电机额定电压为基准 值的风电机组出口电压相量 （相电压） 以发电机额定电压为基准 值的风电机组定子直轴和交 轴电压值 以发电机额定电压为基准 值的流入发电机定子的电流 相量
pitch angle (deg) Vdc (V) Speed (pu)
windturbine1
Phasors pow ergui
windturbine2
Grid Data acquisition
图9-12
Vabc
[Vabc_B1]
A
1 A
a
[Ia]
B
s + -
2 B
b
[Ib]
s + -
3 C
c
C
图9-4
Generator speed (pu)
[wr] [pitch] PI 1 Wind (m/s) Rate Limiter Pmec/Pnom
[Tm]
Tm (pu)
Pitch angle (deg) Wind speed (m/s)
Wind Turbine
Wind_On
1 A 2 B 3 C
0o
10o
Cp
2.5o
5o
0.2 0.1 0.0
25o
-0.1 0 2 4 6
Байду номын сангаас 15o
8
10
12
14
16
图9-3
关系曲线
9.1.2 定速风电机组的模型仿真
1.定速风电机组模块简介及参数设置 2.风速波动时风电机组输出特性仿真 3.电网故障时风电机组输出特性仿真
4~6
Vabc(cmplx)(pu)
7~8
Vdq_stator(pu)
9~11
Iabc_stator (cmplx)(pu)
表9-2 双馈变速风电机组输出信号
12~13
Idq_stator(pu)
以发电机额定电压为基准 值的风电机组定子直轴和交 轴电流值
以发电机额定电压为基准 值的风电机组转子直轴和交 轴电压值 以发电机额定电压为基准 值的风电机组转子直轴和交 轴电流值 发电机转子转速 施加于发电机上的机械转 矩，它是以发电机额定容量 作为基准值的标幺值