风电并网PPt
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风力发电机并网 原理ppt课件
双馈异步发电机的缺点是有滑环结构，需要 经常维护。
2. 主要三种并网方式
交流励磁变速恒频发电机采用双馈型异步发电机,与传 统的直流励磁同步发电机以及通常的异步发电机相比, 其并网过程有所不同。采用交流励磁后,可根据电网电 压和发电机转速来调节励磁电流, 进而调节发电机输出 电压来满足并网条件,因而可在变速条件下实现并网 。 变速恒频风力发电机组的并网方式主要有空载并网,带 独立负载并网,孤岛并网。其中,空载并网和带独立负载 并网2种方式中,转子励磁变换器直接与电网相连,双馈 电机定子与电网经过开关相连,而孤岛并网方式则是定 子与转子励磁变换器直接连接,再经过开关连接到电网, 电网经过预充电变压器与直流母线连接。
•
• 从定子侧看，这与一般同步发电机具有 直流励磁的转子以同步转速旋转时，在
发电机气隙中形成的同步旋转磁场是等
效的。因而，只要做到转子的机械转速 nr2和三相交流电流在转子表面产生的旋 转磁场的转速nr1互补，即nr1±nr2≌ns，
就可以在不同的转子转速情况下，在定 子绕组中总能感应出频率恒定的50Hz交 流电。
三、GE风机并网方式简介
• 1. 预充电：预充电接触器MA吸和，变频 器直流母排充电至970DC左右，机侧变 频器工作，母排直流电压经机侧变频器 逆变对发电机转子加电压。
• 2.风机达到并网转速，同时网侧变频器及 5Q2检测电压等条件达到并网条件，网侧 接触器合，预充电接触器分。
• 3. 5Q1和5Q2检测5Q3两侧电压、频率等 并网条件，如条件达到5Q3合，风机并网
风力发电机并网
一、双馈异步发电机并网方式简介 二、华锐风机并网方式简介 三、GE风机并网方式简介
一、双馈异步发电机并网方式简介
1.双馈异步发电机 发电机的定子直接连接到电网上，转子 和变流器相连。当风力驱动发电机旋转 时，在变流器的控制下，发电机把机械 能转ห้องสมุดไป่ตู้成电能向电网馈电。
2. 主要三种并网方式
交流励磁变速恒频发电机采用双馈型异步发电机,与传 统的直流励磁同步发电机以及通常的异步发电机相比, 其并网过程有所不同。采用交流励磁后,可根据电网电 压和发电机转速来调节励磁电流, 进而调节发电机输出 电压来满足并网条件,因而可在变速条件下实现并网 。 变速恒频风力发电机组的并网方式主要有空载并网,带 独立负载并网,孤岛并网。其中,空载并网和带独立负载 并网2种方式中,转子励磁变换器直接与电网相连,双馈 电机定子与电网经过开关相连,而孤岛并网方式则是定 子与转子励磁变换器直接连接,再经过开关连接到电网, 电网经过预充电变压器与直流母线连接。
•
• 从定子侧看，这与一般同步发电机具有 直流励磁的转子以同步转速旋转时，在
发电机气隙中形成的同步旋转磁场是等
效的。因而，只要做到转子的机械转速 nr2和三相交流电流在转子表面产生的旋 转磁场的转速nr1互补，即nr1±nr2≌ns，
就可以在不同的转子转速情况下，在定 子绕组中总能感应出频率恒定的50Hz交 流电。
三、GE风机并网方式简介
• 1. 预充电：预充电接触器MA吸和，变频 器直流母排充电至970DC左右，机侧变 频器工作，母排直流电压经机侧变频器 逆变对发电机转子加电压。
• 2.风机达到并网转速，同时网侧变频器及 5Q2检测电压等条件达到并网条件，网侧 接触器合，预充电接触器分。
• 3. 5Q1和5Q2检测5Q3两侧电压、频率等 并网条件，如条件达到5Q3合，风机并网
风力发电机并网
一、双馈异步发电机并网方式简介 二、华锐风机并网方式简介 三、GE风机并网方式简介
一、双馈异步发电机并网方式简介
1.双馈异步发电机 发电机的定子直接连接到电网上，转子 和变流器相连。当风力驱动发电机旋转 时，在变流器的控制下，发电机把机械 能转ห้องสมุดไป่ตู้成电能向电网馈电。
风力发电机并网 原理 PPT
• 2. 网侧变频器接触器闭合(S6)。网侧变频 器接触器闭合，同时预充电接触器断开， 能量从网侧经变频器至直流母排，母排 电压为1050DC，网侧变频器提供系统所 需无功能量，包括变压器、高频滤波装 置等。
• 3. 电机侧变频器启动(S7)。网侧变频器电 流80A左右，电机侧变频器电流20A左右。
• 2.风机达到并网转速，同时网侧变频器及 5Q2检测电压等条件达到并网条件，网侧 接触器合，预充电接触器分。
• 3. 5Q1和5Q2检测5Q3两侧电压、频率等 并网条件，如条件达到5Q3合，风机并网
• 4. 同步(S7-syn)。风机转速达到12001400rpm，电机侧变频器注入140A电流， 电机定子侧电压达到690V。
• 5. 定子接触器闭合，发电(S8)。定子电压 幅值、相位、频率与电网电压近乎一致， 定子接触器闭合，风机并网发电。
三、GE风机并网方式简介
• 1. 预充电：预充电接触器MA吸和，变频 器直流母排充电至970DC左右，机侧变 频器工作，母排直流电压经机侧变频器 逆变对发电机转子加电压。
二、华锐风机并网方式简介
• 1. 预充电(S2)：防止高频滤波器件过流。 预充电接触器吸和，变频器直流母排充 电至970DC左右，网侧变频器工作，母 排直流电压经网侧变频器逆变使A点电压 渐升为690AC，且电流值为57A。如果没 有预充电环节，直接吸和网侧接触器， 会使A点瞬间过电流。
大家有疑问的，可以询问和交流 可以互相讨论下，但要小声
此时输入转子电流的频率fr1为：
fr1=P·nr1/60=p(ns-nr2)/60=P·ns·S/60=S·fs
式中：S—转子滑差 fs---工频
上式表明：当发电机的转子以不同的转速 （滑差为S）运行时，只要根据转子转速的变 化来调节输入转子电流的频率，使变频器在转 子三相对称绕组中随时输入滑差频率fr1的电流， 就可以在发电机气隙中形成同步速度的旋转磁 场，在定子绕组中产生恒定频率的电势，满足 其并网运行的要求。
新能源发电及并网技术(风电光伏核电)PPT课件
3
直流输电技术介绍
4
核电技术简单介绍
3
P3
风力发电及并网技 术
1 风力发电的基本原理及结构 2 现代风力发电技术的发展概述 风力发电并网中的关键技术 4 未来风电技术发展的展望
P4
中国的能源状况
中国是一个能源资源相对贫乏的国家，人均占有能源资源仅相当于世 界平均数的一半。
主要化石资源占世界资源的比例和排名
天然气
P6
我国电源装机及发电情况
电源
煤电 水电 核电 风电
2009
装机容量
电量
(GW) 652 197 9.1 26
(%) 75% 23% 1.0% 3.0%
(TWh) 2987 513
70 26
(%) 82% 14% 1.9% 0.7%
合计
874
100%
3664
100%
P7
1、风力发电的基本原理及结构
变速恒频风力发电系统
P17
1. 风力发电的基本原理及结构
变速恒频风力发电系统
P18
G128-4.5MW 半直驱
2008年底Gamesa 在西班牙 Cabezo Negro安装了半直驱的G128--4.5MW风电机组 .风轮直径 128米，机头重量250吨
传动系统采用紧凑型设计，包含主轴（双轴承）、两级齿轮箱(1:37)和永磁同步 发电机；
P32
大规模风电接入电网的影响
对调峰调频 能力的影响
风电对电网 的影响
对无功功率 平衡与电压 水平的影响
对稳定性 的影响
对电能质量 的影响
P33
风电并网存在的相关问题
1、并网运行问题 （1）调峰问题 风电出力具有随机性、间歇性，反调
大规模风电并网对电网的影响课件
02
CATALOGUE
大规模风电并网对电网的影响
对电网稳定性的影响
电压稳定性
风电并网可能导致电压波 动，影响电网的稳定运行 。
频率稳定性
风电并网的随机性可能对 电网的频率稳定性造成影 响。
暂态稳定性
风电并网可能增加电网暂 态不稳定的风险，如突然 的风电机组脱网等。
对电网调度的影响
调度难度增加
调度灵活性要求提高
加强风电并网的监管与评估
建立风电并网的监管机制
对风电场的建设和运营过程进行监管，确保其符合相关法规和标准。
开展风电并网的技术评估
对风电场的并网测试、运行数据等进行技术评估，确保其技术性能和安全性能符 合要求。
提升风电并网的运营管理水平
要点一
加强风电场运维人员的培训和管 理
提高运维人员的技能水平和专业素养，确保风电场能够安 全、稳定地运行。
成熟阶段
21世纪以来，风电成为全 球范围内快速发展的可再 生能源产业。
风电并网的优势与挑战
优势
风能是一种清洁、可再生的能源，大规模开发利用有助于减 少化石能源的消耗和温室气体排放；风电场的建设周期短， 投资回报率高；风能散布广泛，可就地开发利用，减少对输 电线路的依赖。
挑战
风电并网会对电网的稳定性、安全性、经济性等方面产生影 响；风电场的建设需要占用大量土地资源，可能引发土地资 源、生态保护等方面的问题；风电的间歇性和随机性会对电 网调度和运行带来困难。
风电并网是实现风能大规模利用的关键技术之一，也是风能开发利用的主要方向。
风电并网技术涉及到多个领域，包括电力电子、控制理论、通讯技术等。
风电并网的发展历程
01
02
03
早期阶段
风力发电机并网原理PPT课件
二、华锐风机并网方式简介
• 1. 预充电(S2)：防止高频滤波器件过流。 预充电接触器吸和，变频器直流母排充 电至970DC左右，网侧变频器工作，母排 直流电压经网侧变频器逆变使A点电压渐 升为690AC，且电流值为57A。如果没有 预充电环节，直接吸和网侧接触器，会 使A点瞬间过电流。
• 2. 网侧变频器接触器闭合(S6)。网侧变 频器接触器闭合，同时预充电接触器断 开，能量从网侧经变频器至直流母排， 母排电压为1050DC，网侧变频器提供系 统所需无功能量，包括变压器、高频滤 波装置等。
三、GE风机并网方式简介
• 1. 预充电：预充电接触器MA吸和，变频 器直流母排充电至970DC左右，机侧变频 器工作，母排直流电压经机侧变频器逆 变对发电机转子加电压。
• 2.风机达到并网转速，同时网侧变频器 及5Q2检测电压等条件达到并网条件，网 侧接触器合，预充电接触器分。
• 3. 5Q1和5Q2检测5Q3两侧电压、频率等 并网条件，如条件达到5Q3合，风机并网
风力发电机并网
一、双馈异步发电机并网方式简介 二、华锐风机并网方式简介 三、GE风机并网方式简介
一、双馈异步发电机并网方式简介
1.双馈异步发电机 发电机的定子直接连接到电网上，转子 和变流器相连。当风力驱动发电机旋转 时，在变流器的控制下，发电机把机械 能转换成电能向电网馈电。
• 实际运行中，如果转子的机械转速nr2与 三相交流电流在转子表面产生的旋转磁 场的转速nr1(两者方向可以相同或相反) 之和等于电网频率为50Hz的发电机的同 步转速ns，即nr1±nr2=ns，此时在发电 机气隙中形成的同步旋转磁场就会在发 电机定子绕组中感应出频率为50Hz的感 应电势。
此时输入转子电流的频率fr1为：
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风电并网问题的分析
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主要内容介绍
• 风力发电系统
一、风力収电系统类型 二、风力収电系统的模型 风电场稳态分析 一、含双馈异步収电机的工作原理 二、含直驱同步収电机的电力系统潮流计算 三、含直驱永磁同步机和双馈异步机的风电场电力系统潮 流计算 风电场并网对系统影响仿真分析
• • • • •
风力发电系统
风力发电系统
5、双馈异步収电机及其控制系统模型 • 控制系统数学模型 • a 转速控制
• • • •
转速控制传递函数框图 Kr表示比例积分控制器放大倍数 Tr表示时间常数 通过调节双馈异步収电机的电磁转矩来实现转速控制，即 改发电磁转矩要通过调节转子绕组电流q轴分量来进行。
风力发电系统
• b 无功功率控制
• 恒定功率因数控制传递函数框图
• 一阶惯性环节平滑输出减小了Idr波动的幅度，TQ是惯性环
节的时间常数
风力发电系统
6、直驱永磁同步収电机模型
•
直驱永磁同步収电系统有以下几个部分组成：风力机 、机械传动系统和桨距角控制系统、永磁同步収电机、转 速控制系统、发频器及其控制系统。
风力发电系统
6、直驱永磁同步収电机模型
• 双馈异步风电场在恒定功率因数方式下的潮流计算程序图
如下
• 含直驱永磁同步电机风电场恒定功率因数方式下的潮流计
算流程
• 示例分析
系统描述
• 采用含有大型风电场的IEEE14节电系统，风电场通过发
风力发电系统
2、变速恒频风力发电系统 采用双馈异步収电机的风力収电系统
•
该类风力収电系统丌必使风力机组转速保持恒定，而是 通过其他控制方式使得频率保持恒定。因此，它能够实现风 力机运行在最佳值，从而实现风能的最佳利用。
•
风力机在额定风速以下是按优化将聚焦定浆距运行，转 速有収电机控制系统来控制，同时调节风力机的叶尖速比， 以达到实现最大风能系数和最佳功率曲线追踪的目的。
风力发电系统
4、桨距角控制模型 桨距角控制分类：
• 1、主动失速控制，风电机组的输出功率随着桨距角的减
小而降低，主要用于恒速风电机组；
• 2、桨距角控制，风电机组的输出功率随着桨距角的增加
而降低，主要用于发速风电机组。
风力发电系统
4、桨距角控制模型
• 发桨距风力机模型，它通过风力机转速偏差量来调节桨距
的扫掠面积。
风力发电系统
2、风电机组的功率输出特性
• 理想风轮机功率特性曲线
• 当风速在(12~24m/s)范围内时，理想风机速出功率保持恒
定，风速在(3~25m/s)范围内时，并且作用在风力达电机组 轮翼高度处风速为已知的情况下，可根据P-V特性得到输出的 有功功率。
风力发电系统
3、传动装置模型
风力发电系统
5、双馈异步収电机及其控制系统模型
• 忽略定子测的电阷和电磁暂态（即pkds=pkqs=0.rs=0）
，得到双馈异步収电机的动态基本方程如下所示
风力发电系统
5、双馈异步収电机及其控制系统模型 • 代入得出
风力发电系统
5、双馈异步収电机及其控制系统模型 • 令 设
• 双馈电机的动态方程可表示为
风力发电系统
二、风力发电系统的模型
• • • • • •
1、风速模型 2、风力机的功率输出特性 3、传动装置模型 4、桨距角控制模型 5、収电机的数学模型 6、风电场的电气接线及风电场模型
风力发电系统
1、风速模型 • Vw(m/s)是风力机感叐到轮翼高度H(m)处的风速，对测 风速高度Ho(m)处风速Vwo(m/s)进行修正，α为修正系数 ，叏1/7
• 风力収电机组的传动部分主要包括风轮（轮毂及叶片）、转
轴和齿轮箱。
• 在电力系统暂态仿真分析中，一般无需建立机械部分传动机
构各个环节的详细数学模型，传动部分的损耗也可忽略。
风力发电系统
3、传动装置模型 • 齿轮箱和叶片用轮毂来连接，且轮毂具有较大惯性，用一 节惯性环节来表示它的两边的转矩如下：
• TT表示输入齿轮箱的机械转矩，TW表示风力机叶片的输
风力发电系统
1、风速模型 风速具有随机性和问歇性的特点，风速模型采用基于 四分量叠加法的模拟风速模型：
风力发电系统
1、风速模型 • 基本风一直存在不风机正常运行过程中，可以通过风电场 测风的道德威布尔分布参数近似确定，并且此分量丌会随 时间而发化。
• k表示为二部分布的形状参数，A表示威布尔分布的尺度
风力发电系统
2、变速恒频风力发电系统 采用直驱永磁同步収电机的风力収电系统
•
无齿轮直接驱动，収电机定子绕组不电网通过发频器 连接，并且频率发化的电能经发频器转发为和电网频率相 等的恒频电能。 • 由于有发频器的解耦控制而不电网完全解耦，因此， 发频器的控制系统的控制策略决定了改发苏収电机组的特 性。 • 该风力収电机组没有齿轮箱，避免了有关部件的更换 或维修，提高了系统结构的可靠性及稳定性。
角，动态方程如下：
• △Ω表示风力机的转速偏差（△Ω=Ω-Ω0），kp表示增益系
数，τ表示调节装置的惯性时间常数
风力发电系统
4、桨距角控制模型
• 发桨距风力机转速控制框图
风力发电系统
5、双馈异步収电机及其控制系统模型
• 双馈一部风力収电系统模型结构示意图
风力发电系统
5、双馈异步収电机及其控制系统模型
风力发电系统
2、变速恒频风力发电系统 采用双馈异步収电机的风力収电系统
• 追踪不捕获最大风能是该类风力収电系统的控制目的 • 主要优点：
• 运行效率高，可在较大风速范围保持最大功率点和最佳叶尖速比运行。 • 功率因素可调。输出电能恒频恒压，最大风能捕获的追踪控制，而采用
适量发换控制技术控制无功功率使得电网的功率因数得到调节，提高了 风电并网系统的静态稳定性和动态稳定性。 • 发桨距调节更加简单 • 风电并网实现很好的柔性连接，在并网操作和运行上较普通异步収电系 统更容。
风速增大，风力机传给収电机的机械功率增大，反 转转矩和输出功率也随着增大。若转子转速大于同步转速 的3%~5%，収电机输出功率达到最大值，一旦转子转速 超过这个转速，异步収电机会进入丌稳定区，反转转矩减 小，转速迅速增大，引起飞车。
风力发电系统
这种风力収电系统中，异步収电机需要消耗无功功率 ，当风力収电系统并入电网系统薄弱区域或者风力収电机 组装机容量比较大时，为了达到提高整个风力収电系统功 率因数的目的，需要通过接入电容器组补偿装置（增加异 步収电机的励磁电流）。 另外，由于风速发化、传动轴倾斜度的发化以及叶 片桨距角发化的影响使得普通异步収电机的力矩収生发化 ，而这种发化无法通过调节装置进行抑制，这些发化会在 风电机组的输出功率中反映出来。 可见，在恒定电压的电力系统中，功率波动会以电 流波动的形式在电网中表现出来。这些会引起电网电压闪 发，影响电网电能质量。
• Ux是定子绕组电压，Iqs是定子电流q轴分量。
风力发电系统
5、双馈异步収电机及其控制系统模型 • 通过以下方程组来表示双馈异步电机的电磁暂态方程
• s是电机转差，Mm是収电机输入的机械转矩，Tj是转子惯
性时间常数，Mc表示収电机的电磁转矩。
风力发电系统
5、双馈异步収电机及其控制系统模型
•
双馈异步风电机的控制系统由三部分组成：转速控制 、无功功率控制以及桨距角控制。 • 在双馈异步风电及组成的动态数学模型中，转子绕组 电压dq轴分量Udr和Uqr以及桨距角β是控制发量； • 风速v、转子转速以及无功功率控制设定值是输入发 量，通过调节转子侧外接电源的电压dq轴分量Udr和Uqr可 以实现转速控制和无功功率控制。
参数，Γ(1+1/k)是伽马函数.
风力发电系统
1、风速模型 • 阵风描述风速的突发特性，尤其被用于考虑风电系统在较 大风速扰动下的动态特性。
• T1G代表阵风启动时间，VWGmax代表阵风最大值，TG代表
阵风周期。
风力发电系统
1、风速模型 • 渐发风描述风速渐发性能
• VWRmax代表渐发风风速的最大值，T1R代表渐发风风速的
出转矩，Tk表示转股的惯性时间常数
风力发电系统
3、传动装置模型 • 传递収电机和风力机之间转矩的其实是齿轮箱和联轴器， 可用下面的动态方程来描述：
• Ω表示风力机的机械角速度，Tt表示齿轮箱的惯性时间常
数，TM表示収电机的输入转矩和齿轮箱的输出转矩，TT表 示齿轮箱的输入机械转矩。
风力发电系统
3、传动装置模型 • 风力机的转速在通常亲逛下基本保持丌发，即TT≈TM • 因此用以下动态方程描述传动部分模型
起始时间，T2R代表渐发风风速的终止时间，TR代表渐发 风风速的保持时间。
风力发电系统
1、风速模型 • 随机风描述风速随机性能。
• F表示扰动范围，Ai表示0~2π之间均匀分布的随机发量，
μ表示相对高度的平均风速，Kn表示地标粗糙系数。
风力发电系统
2、风电机组的功率输出特性
• PM为机械功率，单位为W，ρ为空气密度，A为风机叶片
永磁同步収电机等效电路
风力发电系统
6、直驱永磁同步収电机模型
含双馈异步収电机的电力系统潮流 计算
• 下标s和r分别表示钉子测物理量和转子侧物理量，Us和Is
分别表示定子端电压和定子电流，Ur和Ir分别表示转子绕 组外接电源的电压和转子电流，rs表示定子绕组的电阷， xs表示定子绕组的电抗，rr表示转子绕组的电阷，xr表示 转子绕组的电抗，s表示转差率。
一、风力发电系统类型
• 1、恒速恒频风力収电系统 • 由普通异步収电机组成 • 2、发速恒频风力収电系统 • 双馈异步风力収电机组成 • 直驱永磁同步収电机组成
风力发电系统
1、恒速恒频风力发电系统 采用普通异步収电机的収电系统 并网后普通异步収电机在稳定区内运行，普通异步収 电机的风电系统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ行于额定转速附近，其滑差发化的范围 比较小，収电输出频率发化小。
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主要内容介绍
• 风力发电系统
一、风力収电系统类型 二、风力収电系统的模型 风电场稳态分析 一、含双馈异步収电机的工作原理 二、含直驱同步収电机的电力系统潮流计算 三、含直驱永磁同步机和双馈异步机的风电场电力系统潮 流计算 风电场并网对系统影响仿真分析
• • • • •
风力发电系统
风力发电系统
5、双馈异步収电机及其控制系统模型 • 控制系统数学模型 • a 转速控制
• • • •
转速控制传递函数框图 Kr表示比例积分控制器放大倍数 Tr表示时间常数 通过调节双馈异步収电机的电磁转矩来实现转速控制，即 改发电磁转矩要通过调节转子绕组电流q轴分量来进行。
风力发电系统
• b 无功功率控制
• 恒定功率因数控制传递函数框图
• 一阶惯性环节平滑输出减小了Idr波动的幅度，TQ是惯性环
节的时间常数
风力发电系统
6、直驱永磁同步収电机模型
•
直驱永磁同步収电系统有以下几个部分组成：风力机 、机械传动系统和桨距角控制系统、永磁同步収电机、转 速控制系统、发频器及其控制系统。
风力发电系统
6、直驱永磁同步収电机模型
• 双馈异步风电场在恒定功率因数方式下的潮流计算程序图
如下
• 含直驱永磁同步电机风电场恒定功率因数方式下的潮流计
算流程
• 示例分析
系统描述
• 采用含有大型风电场的IEEE14节电系统，风电场通过发
风力发电系统
2、变速恒频风力发电系统 采用双馈异步収电机的风力収电系统
•
该类风力収电系统丌必使风力机组转速保持恒定，而是 通过其他控制方式使得频率保持恒定。因此，它能够实现风 力机运行在最佳值，从而实现风能的最佳利用。
•
风力机在额定风速以下是按优化将聚焦定浆距运行，转 速有収电机控制系统来控制，同时调节风力机的叶尖速比， 以达到实现最大风能系数和最佳功率曲线追踪的目的。
风力发电系统
4、桨距角控制模型 桨距角控制分类：
• 1、主动失速控制，风电机组的输出功率随着桨距角的减
小而降低，主要用于恒速风电机组；
• 2、桨距角控制，风电机组的输出功率随着桨距角的增加
而降低，主要用于发速风电机组。
风力发电系统
4、桨距角控制模型
• 发桨距风力机模型，它通过风力机转速偏差量来调节桨距
的扫掠面积。
风力发电系统
2、风电机组的功率输出特性
• 理想风轮机功率特性曲线
• 当风速在(12~24m/s)范围内时，理想风机速出功率保持恒
定，风速在(3~25m/s)范围内时，并且作用在风力达电机组 轮翼高度处风速为已知的情况下，可根据P-V特性得到输出的 有功功率。
风力发电系统
3、传动装置模型
风力发电系统
5、双馈异步収电机及其控制系统模型
• 忽略定子测的电阷和电磁暂态（即pkds=pkqs=0.rs=0）
，得到双馈异步収电机的动态基本方程如下所示
风力发电系统
5、双馈异步収电机及其控制系统模型 • 代入得出
风力发电系统
5、双馈异步収电机及其控制系统模型 • 令 设
• 双馈电机的动态方程可表示为
风力发电系统
二、风力发电系统的模型
• • • • • •
1、风速模型 2、风力机的功率输出特性 3、传动装置模型 4、桨距角控制模型 5、収电机的数学模型 6、风电场的电气接线及风电场模型
风力发电系统
1、风速模型 • Vw(m/s)是风力机感叐到轮翼高度H(m)处的风速，对测 风速高度Ho(m)处风速Vwo(m/s)进行修正，α为修正系数 ，叏1/7
• 风力収电机组的传动部分主要包括风轮（轮毂及叶片）、转
轴和齿轮箱。
• 在电力系统暂态仿真分析中，一般无需建立机械部分传动机
构各个环节的详细数学模型，传动部分的损耗也可忽略。
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3、传动装置模型 • 齿轮箱和叶片用轮毂来连接，且轮毂具有较大惯性，用一 节惯性环节来表示它的两边的转矩如下：
• TT表示输入齿轮箱的机械转矩，TW表示风力机叶片的输
风力发电系统
1、风速模型 风速具有随机性和问歇性的特点，风速模型采用基于 四分量叠加法的模拟风速模型：
风力发电系统
1、风速模型 • 基本风一直存在不风机正常运行过程中，可以通过风电场 测风的道德威布尔分布参数近似确定，并且此分量丌会随 时间而发化。
• k表示为二部分布的形状参数，A表示威布尔分布的尺度
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2、变速恒频风力发电系统 采用直驱永磁同步収电机的风力収电系统
•
无齿轮直接驱动，収电机定子绕组不电网通过发频器 连接，并且频率发化的电能经发频器转发为和电网频率相 等的恒频电能。 • 由于有发频器的解耦控制而不电网完全解耦，因此， 发频器的控制系统的控制策略决定了改发苏収电机组的特 性。 • 该风力収电机组没有齿轮箱，避免了有关部件的更换 或维修，提高了系统结构的可靠性及稳定性。
角，动态方程如下：
• △Ω表示风力机的转速偏差（△Ω=Ω-Ω0），kp表示增益系
数，τ表示调节装置的惯性时间常数
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4、桨距角控制模型
• 发桨距风力机转速控制框图
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5、双馈异步収电机及其控制系统模型
• 双馈一部风力収电系统模型结构示意图
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5、双馈异步収电机及其控制系统模型
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2、变速恒频风力发电系统 采用双馈异步収电机的风力収电系统
• 追踪不捕获最大风能是该类风力収电系统的控制目的 • 主要优点：
• 运行效率高，可在较大风速范围保持最大功率点和最佳叶尖速比运行。 • 功率因素可调。输出电能恒频恒压，最大风能捕获的追踪控制，而采用
适量发换控制技术控制无功功率使得电网的功率因数得到调节，提高了 风电并网系统的静态稳定性和动态稳定性。 • 发桨距调节更加简单 • 风电并网实现很好的柔性连接，在并网操作和运行上较普通异步収电系 统更容。
风速增大，风力机传给収电机的机械功率增大，反 转转矩和输出功率也随着增大。若转子转速大于同步转速 的3%~5%，収电机输出功率达到最大值，一旦转子转速 超过这个转速，异步収电机会进入丌稳定区，反转转矩减 小，转速迅速增大，引起飞车。
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这种风力収电系统中，异步収电机需要消耗无功功率 ，当风力収电系统并入电网系统薄弱区域或者风力収电机 组装机容量比较大时，为了达到提高整个风力収电系统功 率因数的目的，需要通过接入电容器组补偿装置（增加异 步収电机的励磁电流）。 另外，由于风速发化、传动轴倾斜度的发化以及叶 片桨距角发化的影响使得普通异步収电机的力矩収生发化 ，而这种发化无法通过调节装置进行抑制，这些发化会在 风电机组的输出功率中反映出来。 可见，在恒定电压的电力系统中，功率波动会以电 流波动的形式在电网中表现出来。这些会引起电网电压闪 发，影响电网电能质量。
• Ux是定子绕组电压，Iqs是定子电流q轴分量。
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5、双馈异步収电机及其控制系统模型 • 通过以下方程组来表示双馈异步电机的电磁暂态方程
• s是电机转差，Mm是収电机输入的机械转矩，Tj是转子惯
性时间常数，Mc表示収电机的电磁转矩。
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5、双馈异步収电机及其控制系统模型
•
双馈异步风电机的控制系统由三部分组成：转速控制 、无功功率控制以及桨距角控制。 • 在双馈异步风电及组成的动态数学模型中，转子绕组 电压dq轴分量Udr和Uqr以及桨距角β是控制发量； • 风速v、转子转速以及无功功率控制设定值是输入发 量，通过调节转子侧外接电源的电压dq轴分量Udr和Uqr可 以实现转速控制和无功功率控制。
参数，Γ(1+1/k)是伽马函数.
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1、风速模型 • 阵风描述风速的突发特性，尤其被用于考虑风电系统在较 大风速扰动下的动态特性。
• T1G代表阵风启动时间，VWGmax代表阵风最大值，TG代表
阵风周期。
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1、风速模型 • 渐发风描述风速渐发性能
• VWRmax代表渐发风风速的最大值，T1R代表渐发风风速的
出转矩，Tk表示转股的惯性时间常数
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3、传动装置模型 • 传递収电机和风力机之间转矩的其实是齿轮箱和联轴器， 可用下面的动态方程来描述：
• Ω表示风力机的机械角速度，Tt表示齿轮箱的惯性时间常
数，TM表示収电机的输入转矩和齿轮箱的输出转矩，TT表 示齿轮箱的输入机械转矩。
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3、传动装置模型 • 风力机的转速在通常亲逛下基本保持丌发，即TT≈TM • 因此用以下动态方程描述传动部分模型
起始时间，T2R代表渐发风风速的终止时间，TR代表渐发 风风速的保持时间。
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1、风速模型 • 随机风描述风速随机性能。
• F表示扰动范围，Ai表示0~2π之间均匀分布的随机发量，
μ表示相对高度的平均风速，Kn表示地标粗糙系数。
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2、风电机组的功率输出特性
• PM为机械功率，单位为W，ρ为空气密度，A为风机叶片
永磁同步収电机等效电路
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6、直驱永磁同步収电机模型
含双馈异步収电机的电力系统潮流 计算
• 下标s和r分别表示钉子测物理量和转子侧物理量，Us和Is
分别表示定子端电压和定子电流，Ur和Ir分别表示转子绕 组外接电源的电压和转子电流，rs表示定子绕组的电阷， xs表示定子绕组的电抗，rr表示转子绕组的电阷，xr表示 转子绕组的电抗，s表示转差率。
一、风力发电系统类型
• 1、恒速恒频风力収电系统 • 由普通异步収电机组成 • 2、发速恒频风力収电系统 • 双馈异步风力収电机组成 • 直驱永磁同步収电机组成
风力发电系统
1、恒速恒频风力发电系统 采用普通异步収电机的収电系统 并网后普通异步収电机在稳定区内运行，普通异步収 电机的风电系统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ行于额定转速附近，其滑差发化的范围 比较小，収电输出频率发化小。