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DIGSILENT双馈风机PDF
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2018-04-25
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本教程用于基于DIGSILENT的双馈风机接入仿真,对风机模型进行了详细介绍
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基于 DIgSILENT 的风电场接入仿真模型
摘要
作为一种新型可再生能源,近年来风电发展迅速,对电力系统有重要的影响。由于
风能具有间歇性和随机性的特点,大规模双馈机组接入系统后会对电网的安全稳定运行
产生较大影响。研究风机的模型,是研究风机对电网影响的基础,因此,正确建立风机
模型是非常必要的。
本文介绍了双馈风力发电系统的组成部分。其中包括变速恒频双馈风力发电系统的
概述和双馈风力发电系统的各组成部件,包括风力机部分,双馈风力发电机部分和变流器
部分的模型。双馈风力发电机模型中主要介绍了双馈风力发电机的动态模型、稳态模型
和能量流动,同时为仿真分析打下理论基础。
在风速扰动过程中其输出功率的变化将对系统潮流产生影响,需要应用风电机组
的动态模型来进行仿真计算。本文基于 DIgSILENT 仿真平台,建立了以风速作为输入
量的双馈变速风电机组的动态模型, 模拟了不同类型不同风速对风机的影响。同时还对
仿真系统的稳态情况,故障情况进行了仿真和分析。
版权归roseliuchang所有
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目录
第一章 引言 ...................................................................................................................... 4
第二章 双馈风机模型 ...................................................................................................... 6
2.1 双馈风电机组结构基本结构 ............................................................................. 6
2.2 双馈风电机组动态数学模型及 DIgSILENT 仿真模型 ................................... 7
2.2.1 风速与机械传动部分数学模型 .............................................................. 7
2.2.2 风力机轴系模型 ....................................................................................... 8
2.2.3 风力发电机桨距角模型 ........................................................................... 9
2.2.4 双馈风机的最大风能追踪 ..................................................................... 11
2.3 DFIG 的数学模型 .............................................................................................. 12
2.3.1 三相静止坐标系下双馈感应发电机动态模型 ..................................... 12
2.3.2 两相旋转坐标系下双馈感应发电机动态模型 ..................................... 14
2.4 控制模型 ............................................................................................................ 16
2.4.1 发电机转子侧控制器 ............................................................................. 16
2.4.2 发电机网侧控制器 ................................................................................. 19
2.4 双馈风电机组稳态数学模型及 DIgSILENT 仿真模型 .................................. 23
2.4.1 双馈发电机的运行工况 ......................................................................... 23
2.4.2 风力发电机稳态数学模型 ..................................................................... 24
第三章 仿真分析 ............................................................................................................ 28
3.1 仿真系统说明 .................................................................................................... 28
3.2 稳态仿真分析 .................................................................................................... 29
3.3 动态仿真分析 .................................................................................................... 31
3.3.1 风速对风机的影响 ................................................................................. 31
3.3.2 故障分析 ................................................................................................. 36
第四章 结论 .................................................................................................................... 39
参考文献 .......................................................................................................................... 40
版权归roseliuchang所有
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第一章 引言
随着全球化石能源逐渐枯竭以及全球环境问题的日益恶化,可再生清洁能源在各国
能源战略中。风能凭借其清洁、蕴藏量大、技术相对成熟等优势在世界上广受关注,而
双馈风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)已经成为当今风机的主流机型。
由于风能具有间歇性和随机性的特点,大规模双馈机组接入系统后会对电网的安全稳定
运行产生较大影响。
1)对电力系统暂态稳定性的影响。
暂态稳定性是指电力系统在某一运行状态下受到大干扰后维持同步运行的能力,电
力系统运行中遭遇的大干扰包括发生各种短路和断线故障、大容量发电机等重要输电设
备的投入或切除、大容量用户的投入或切除等。另外,为了使得电力系统不失去稳定或
为了提高系统的稳定性,其间还可能伴随着切除发电机、切除负荷、投入强行励磁、快
关汽门等控制措施。
随着风电接入比例的逐渐增大,其对电力系统暂态稳定性的影响不容忽视。文献[1]
认为双馈风电机组接入后会降低同步机组的阻尼特性,不利于同步机组功角的快速稳定。
文献[2]认为双馈风机和同步电机的功角摇摆曲线存在两类交点,在大扰动时,首摆期间
双馈风机会降低系统的暂态稳定性。
2)对电压稳定性的影响。
与传统的同步发电机相比,双馈感应发电机输出的有功、无功功率会随着风速的变
化而波动,而且产生的无功功率也是很受限,不能作为一个稳定的无功源。但由于双馈
风力发电机组可以实现有功无功解耦控制,通过调整控制策略,应该使风机具备电压支
撑能力,减小对系统的负面影响。文献[3]详细研究了双馈风电机组对系统电压稳定性的
影响;文献[4]分析了双馈感应发电机的参数对系统暂态电压稳定性的影响,指出转子绕
组参数扰动对系统稳定性的影响较大。
3)对频率稳定性的影响。
随着风电机组穿透功率的不断提高,风电场对系统频率的影响日益增强,目前,大
多通过控制手段来增强风电机组对电网频率的支撑能力[5]。
可见,建立能够准确反映双馈型风力发电机实际输出特性的风机模型,研究其与电
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力系统之间的相互影响,是改善和解决风机接入产生的问题的重要基础,对电力系统的
可靠运行有着非常重要的意义。
本文介绍了风电机组的基本模型原理,并基于 DIgSILENT 搭建了仿真模型,对风
电机组接入无穷大系统进行了稳态分析和以及不同风速影响下、不同故障状态下、
crowbar 电路投入/不投入状态下动态仿真分析。
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第二章 双馈风机模型
2.1 双馈风电机组结构基本结构
双馈风力发电机主要包括:风力机、齿轮箱、双馈感应发电机、变频器、控制器等
几个部分。双馈感应发电机定子端直接与电网相连,而转子端通过变流装置连接电网。
双馈风力发电机并网系统的结构原理图如图 2-1 所示。
转子侧
转子侧换流器
网侧侧换流器
AC
DC
AC
风
机
风
Lg
c
桨距角控制
Vr Vc
低
速
转
轴
控制系统
高
速
转
轴
定子侧
图 2-1 双馈风机结构基本结构
图中的变流装置采用交-直-交背靠背 PWM 变换器。网侧变频器的功能是保证功率
因数和电流满足并网要求,保证直流电压的稳定。转子变换器主要是提供转子励磁电流,
调节有功和无功,实现风能最大跟踪。
双馈风力发电机的可调量有励磁电流幅值、频率和相位,调节转子侧变换器可以改
变励磁电流频率,变速条件下能够保证输出恒频电能。控制励磁电流幅值和相位可以控
制调节发出有功和无功。转子电流相位变化时,转子旋转磁场就会存在一个空间位移,
使得定子感应电势矢量与电网电压矢量的位置发生改变,即发生了功角变化,调节了有
功功率和无功功率,从而进行有功无功的控制。此外,这两个“背靠背”变流器构成了
四象限可逆变流系统,即从机侧到网侧可实现有功、无功双向流动。
本章的主要内容是对双馈风机的基本模型进行介绍,并对 DIgSILENT 模块中对应
的模型进行分析。
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- qq_423481142018-06-07请问能不能把您做的digsilent文件分享一下,可有偿,私聊qq2014292126
qq_42014152
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