基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真

基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真

仿真对象是一个由6台1.5MW双馈异步风力发电机组组成的9MW的风电场。这个风电场连接着一个25kv的分布式发电系统，它的电能通过35km长，电压等级为25kv的馈线（B25）输入到120kv的电网上。

一、仿真过程及结果分析

1、风速变化，风机的反映。

初始风速设定为8m/s，时间到t=4s，风速增长到14m/s。开始仿真。

图1 风速突然变化时输出的曲线（voltage regulation 模式）

有功功率随转速平稳的增长，用了18秒的时间到达额定9MW。这段时间内风机转速从0.8pu增长到1.21pu。桨距角从0度增长到0.76度，用来限制机械功率。通过调控无功功率来维持电压在1pu。额定功率时，风机吸收了0.68Mvar，从而控制电压不变。

图2 风速突然变化时输出曲线（Var regulation 模式）无功控制模式下，保持功率因数不变，从电网吸收一部分无功来并网（达到同步转速），因吸收无功，电压上升。

2、110kv系统电压突然下降的仿真。

风速不变8m/s。设置5s发生一次0.15pu的电压下降（在Time variation of 中选择Amplitude）。确保风机为无功控制。

图3 110kv电压突然下降（Var Regulation 模式）

用电设备的电流降至0，电动机转速逐渐下降。用电设备被分离出电网。

图4 110kv电压突然下降（voltage regulation模式）

采用Voltage regulation控制模式，用电设备没有被分出电网。因为电压下降时，风电场发出无功功率。

3、短路故障分析。

0.5s发生三相短路，0.6s消除。仿真时间为2s。

图5 B690 母线故障时风电场输出波形（voltage regulation 模式）

电网发生故障时，风电机组出口电压降低，向电网提供无功功率。故障清除后，风电机组需要从电网吸收无功功率。

故障时电压下降

图6 B690母线三相短路（var regulation 模式）

电网发生故障时，风电机组出口电压降低，向电网提供无功功率。故障清除后，风电机组通过控制减小了机组与电网之间的无功交换。机端电压回复较慢。

随机风下风机变化（voltage）

电压不随风速的波动而变化，为保持电压恒定，从电网中吸收无功随风速变化。

当采用无功控制时，风机从电网中吸收的无功功率基本不变。

双馈异步风力发电机包含：一个绕线式转子的异步发电机和一个基于IGBT 的交-直-交PWM变频器。定子绕组直接连接到电网。转子通过反馈来调解频率。可以低风速，优化转速，吸收最大能量。狂风时，承受最小机械压力。风速低于10次同步运行，转子从电网吸收有功功率。风速高时，转子处于超同步运行状态，有功功率从转子送到电网。

无功控制模式，运行时保持Q=Ptan&。

电压控制模式，通过对无功的控制，保持电压不变。

桨距角低于额定风速降低为0，高于额定风速变大。