风电机组模型建立
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础。
（ ５ ）
参考文献
『 １ １ Ｍｉ ｌ ａ ｎ ｏ Ｆ ． Ａｎ ｏ ｐ ｅ ｎ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｏ ｌ ｂ ｏ ｘ ． Ｉ ＥＥ Ｅ
式中 ： ｆ 为 电网额定频 率 ， ７ 为转轴角度偏移 量 ， 与 分别表 Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｏ ｎ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ， ２ ０ ０ ５ ， ２ ０ （ ３ ） ： １ １ ９ ９ — １ ２ ０ ６ ． 示 风轮转子转速和发 电机转子转速 ， Ｈ 。 和Ｈ 分别 表示风轮转子与 【 ２ 】 包能胜， 徐 军平， 倪 维斗等 ． 大型风 电场失速型机 组等值建模 的研 发 电机转 子的惯性 时间常 数 ， Ｋ 为轴 系刚度 ， Ｈｌ 与Ｈ 分别 为风轮 究『 Ｊ １ ． 太阳能学报， ２ ０ ０ ７ ， ２ １ （ １ １ ） ： １ ２ ８ ４ — １ ２ ８ ９ ． 转子机械转矩 和发 电机转子机械转矩 。 ［ ３ ］ 苏勋 文． 风 电场动 态等值 建模 方法研 究［ Ｄ 】 ． 保 定： 华北 电力 大学，
ｄ— Ｕｄ 一 “ ＝
一
ｄ 一 ＾Ｉ ｄ 一 ’
（ ６ ） ［ ５ ］ Ｂ ｉ ｎ Ｗｕ ， Ｙ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ Ｌ ａ ｎ ｇ ， Ｎ ａ ｖ ｉ ｄ Ｚ ａ ｒ ｇ ａ ｉ ｒ ， Ｓ ａ ｍ ｉ ｒ Ｋ ｏ ｕ ｒ ｏ ． Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ
率。 风能利用系数 ｃ ｐ可 以表示为 ：
０ ＿ ４ ４ １ ２ ５
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—
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（ ２ ）
ｄ ，＝ 一 ｒ Ｒｌ ‘
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６ ． ９ ４ ） Ｐ
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为日 ：
一ห้องสมุดไป่ตู้
３ 结 论
Ｔ， －Ｋ ￣
—
—
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２ 日
五＝
７＝２ ￣ ｆ （ Ｗ， 一Ｗ ， ， ， ）
本 文介绍 了定 速型风 电机 组和双馈风 电机组 的基本原理 和数 （ ３ ） 学模 型 ，对风 电场的建模首先就是要对风电场内机组进行建模 ， 本 文对定速型风 电机组和双馈 风电机组 进行 建模 ， 为后续 由定速风 电 （ ４ ） 机 组构成的风 电场 和由双馈机组构成 的风 电场建模奠定 了理 论基
关键词 ： 定 速 风 电机 组 ； 双馈机组 ； 模 型 １ 定 速 风 电机 组 １ ． １ 原 动 机 模 型
图 ２双馈 感应发 电机 ２ ． １原 动 机 模 型 速机组类 似 ， Ｄ Ｆ Ｉ Ｇ的数学模型如下 ：
：
、
‘
（ ０ ） ｃ （ Ａ， ） ３ 图 １定 速 风 电机 组 式 中： 是 桨距 角 ， Ｄ Ｆ Ｉ Ｇ的原 动机通 过调节浆 距角可 以实现 定速机组 的原动机模型 中假设桨距角是恒定 的 ， 风轮获取 的机 械功率可 以用如下表示口 ： 最优风能捕获 ２ ． ２发电机模型
Ｄ Ｆ Ｉ Ｇ的发 电机采用 绕线式异步 电机 ，因此不 能忽略转子侧 电 其 中， Ｐ是空气密度 ， ４是扫风面积 ， 是风速 ， ｃ 。 是 风能转换 压 ， 其数学模 型如下网 ： 系数 （ 为风 力机 叶尖速 比的非线性 函数 ） ， Ｐ ｗ 为风轮获取 的机 械功 Ｕ出 ＝ 一 ｒ ｓ ｌ ’ ＋（ （ ＋ ） ＋ ｆ ） 【 ｕ） ｄ ｓ
科 技论 坛
・ １ ５ ７ ＂
风 电机组模 型建立
张 可 达
（ 国网辽 宁省锦 州市黑 山县供电公司 ， 辽宁 锦州 １ ２ １ ４ ０ ０ ） 摘 要： 近几年风电领域迅速发展 ， 风电容量 占电网容量的比例 不断提 高 ， 风 电场 的稳 定性研 究逐渐透彻 ， 对大规模风电场的等值建 模 与动 、 暂 态分析是风 电领域的主要研 究方向之一 。 对动 、 暂态分析前应对各种风机模 型进行 了解 。 风 电机组可以通过 叶轮转速分为定速 机组和 双馈机组 。本 文主要对 两种机组运行原理和数学模型进行介绍 。
２ ０ １ ０ ． １ ． ３发 电 机模 型 定速机组发 电机模型采用 鼠笼型异步 电机模型 ， 其数学模型如 『 ４ １ 杨敏 霞， 解 大， 娄宇成等． ． 定速异步机型风 电场机 网扭 振建模及仿 下嗍 ： 真【 Ｊ 】 ． 电 网技 术 ， ２ ０ １ ４ ， ２ ０ （ ９ ） ： １ ９ ９ — １ ２ ６ ．
Ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｕｓ ｉ ｎ ｇ Ｄｏ ｕ ｂ ｌ ｙ Ｆ ｅ ｄ Ｗ ｏ ｕ ｎ ｄ Ｒｏ ｔ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ： Ａ
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其中： ÷ 扎０ ０ ２， 为叶尖速比。
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（ １ ４ ）
公式（ １ １ ） 至公式 （ １ ４ ） 中： Ｘ ｓ Ｘ ｒ 和Ｘ 分别 为定子 电抗 、 转子电抗 、 １ ． ２轴系模 型 基 于风 电机组 的轴系刚度较低 ， 通常用 双质块来模 型 ， 其 表示 激磁电抗 ， 下角标 ｓ 、 ｒ 、 ｃ 代表定子侧 、 转子侧 、 换流器侧 。
Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｗｉ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ， ２ ０ １ １ ， １ ５ ｆ ３ ） ： １ ４ — ２ Ｏ
（ ７ ） 『 ６ ］ Ｒ． Ｄａ ｔ ｔ ａ ａ ｎ ｄ Ｖ． Ｔ ． Ｒａ ｎ ｇ ａ ｎ ａ ｔ ｈ ａ ｎ ， Ｖａ ｉ ｒ ａ ｂ ｌ ｅ— Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｗｉ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ
（ ５ ）
参考文献
『 １ １ Ｍｉ ｌ ａ ｎ ｏ Ｆ ． Ａｎ ｏ ｐ ｅ ｎ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｏ ｌ ｂ ｏ ｘ ． Ｉ ＥＥ Ｅ
式中 ： ｆ 为 电网额定频 率 ， ７ 为转轴角度偏移 量 ， 与 分别表 Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｏ ｎ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ， ２ ０ ０ ５ ， ２ ０ （ ３ ） ： １ １ ９ ９ — １ ２ ０ ６ ． 示 风轮转子转速和发 电机转子转速 ， Ｈ 。 和Ｈ 分别 表示风轮转子与 【 ２ 】 包能胜， 徐 军平， 倪 维斗等 ． 大型风 电场失速型机 组等值建模 的研 发 电机转 子的惯性 时间常 数 ， Ｋ 为轴 系刚度 ， Ｈｌ 与Ｈ 分别 为风轮 究『 Ｊ １ ． 太阳能学报， ２ ０ ０ ７ ， ２ １ （ １ １ ） ： １ ２ ８ ４ — １ ２ ８ ９ ． 转子机械转矩 和发 电机转子机械转矩 。 ［ ３ ］ 苏勋 文． 风 电场动 态等值 建模 方法研 究［ Ｄ 】 ． 保 定： 华北 电力 大学，
ｄ— Ｕｄ 一 “ ＝
一
ｄ 一 ＾Ｉ ｄ 一 ’
（ ６ ） ［ ５ ］ Ｂ ｉ ｎ Ｗｕ ， Ｙ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ Ｌ ａ ｎ ｇ ， Ｎ ａ ｖ ｉ ｄ Ｚ ａ ｒ ｇ ａ ｉ ｒ ， Ｓ ａ ｍ ｉ ｒ Ｋ ｏ ｕ ｒ ｏ ． Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ
率。 风能利用系数 ｃ ｐ可 以表示为 ：
０ ＿ ４ ４ １ ２ ５
：
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：
ｃ （ ）
Ｕ ＝一
（ ２ ）
ｄ ，＝ 一 ｒ Ｒｌ ‘
＋（ （ ＋ ） ｌ ‘ ｄ ｓ ＋
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（ １ ２ ） ｆ ｌ ３ ）
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＋（ １ 一Ｗ ｍ ） （ （ Ｘ Ｒ ＋ ） ， ＋
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一ห้องสมุดไป่ตู้
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—
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２ 日
五＝
７＝２ ￣ ｆ （ Ｗ， 一Ｗ ， ， ， ）
本 文介绍 了定 速型风 电机 组和双馈风 电机组 的基本原理 和数 （ ３ ） 学模 型 ，对风 电场的建模首先就是要对风电场内机组进行建模 ， 本 文对定速型风 电机组和双馈 风电机组 进行 建模 ， 为后续 由定速风 电 （ ４ ） 机 组构成的风 电场 和由双馈机组构成 的风 电场建模奠定 了理 论基
关键词 ： 定 速 风 电机 组 ； 双馈机组 ； 模 型 １ 定 速 风 电机 组 １ ． １ 原 动 机 模 型
图 ２双馈 感应发 电机 ２ ． １原 动 机 模 型 速机组类 似 ， Ｄ Ｆ Ｉ Ｇ的数学模型如下 ：
：
、
‘
（ ０ ） ｃ （ Ａ， ） ３ 图 １定 速 风 电机 组 式 中： 是 桨距 角 ， Ｄ Ｆ Ｉ Ｇ的原 动机通 过调节浆 距角可 以实现 定速机组 的原动机模型 中假设桨距角是恒定 的 ， 风轮获取 的机 械功率可 以用如下表示口 ： 最优风能捕获 ２ ． ２发电机模型
Ｄ Ｆ Ｉ Ｇ的发 电机采用 绕线式异步 电机 ，因此不 能忽略转子侧 电 其 中， Ｐ是空气密度 ， ４是扫风面积 ， 是风速 ， ｃ 。 是 风能转换 压 ， 其数学模 型如下网 ： 系数 （ 为风 力机 叶尖速 比的非线性 函数 ） ， Ｐ ｗ 为风轮获取 的机 械功 Ｕ出 ＝ 一 ｒ ｓ ｌ ’ ＋（ （ ＋ ） ＋ ｆ ） 【 ｕ） ｄ ｓ
科 技论 坛
・ １ ５ ７ ＂
风 电机组模 型建立
张 可 达
（ 国网辽 宁省锦 州市黑 山县供电公司 ， 辽宁 锦州 １ ２ １ ４ ０ ０ ） 摘 要： 近几年风电领域迅速发展 ， 风电容量 占电网容量的比例 不断提 高 ， 风 电场 的稳 定性研 究逐渐透彻 ， 对大规模风电场的等值建 模 与动 、 暂 态分析是风 电领域的主要研 究方向之一 。 对动 、 暂态分析前应对各种风机模 型进行 了解 。 风 电机组可以通过 叶轮转速分为定速 机组和 双馈机组 。本 文主要对 两种机组运行原理和数学模型进行介绍 。
２ ０ １ ０ ． １ ． ３发 电 机模 型 定速机组发 电机模型采用 鼠笼型异步 电机模型 ， 其数学模型如 『 ４ １ 杨敏 霞， 解 大， 娄宇成等． ． 定速异步机型风 电场机 网扭 振建模及仿 下嗍 ： 真【 Ｊ 】 ． 电 网技 术 ， ２ ０ １ ４ ， ２ ０ （ ９ ） ： １ ９ ９ — １ ２ ６ ．
Ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｕｓ ｉ ｎ ｇ Ｄｏ ｕ ｂ ｌ ｙ Ｆ ｅ ｄ Ｗ ｏ ｕ ｎ ｄ Ｒｏ ｔ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ： Ａ
＾：
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其中： ÷ 扎０ ０ ２， 为叶尖速比。
，
＋（ １ 一 ） （ （ ＋ ） ＋
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（ １ ４ ）
公式（ １ １ ） 至公式 （ １ ４ ） 中： Ｘ ｓ Ｘ ｒ 和Ｘ 分别 为定子 电抗 、 转子电抗 、 １ ． ２轴系模 型 基 于风 电机组 的轴系刚度较低 ， 通常用 双质块来模 型 ， 其 表示 激磁电抗 ， 下角标 ｓ 、 ｒ 、 ｃ 代表定子侧 、 转子侧 、 换流器侧 。
Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｗｉ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ， ２ ０ １ １ ， １ ５ ｆ ３ ） ： １ ４ — ２ Ｏ
（ ７ ） 『 ６ ］ Ｒ． Ｄａ ｔ ｔ ａ ａ ｎ ｄ Ｖ． Ｔ ． Ｒａ ｎ ｇ ａ ｎ ａ ｔ ｈ ａ ｎ ， Ｖａ ｉ ｒ ａ ｂ ｌ ｅ— Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｗｉ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ