风力发电机组并网控制与仿真分析.docx

风力发电机组并网控制与仿真分析 风力发电机组并网控制与仿真分析 摘 要：本文采取仿真方法，对双馈异步发电机的风力发电机组的并网过程进行了研究，从多个角度对影响发电机并网过程的因素进行了分析，通过利用转子励磁的特点，提出了消除由于在并网过程中受到较大冲击的具体解决措施 关键词：风力发电；并网；控制；仿真 一、风力发电机组概述 风力发电机机组的工作方式是：在进行风力发电时，保障输出电频率的恒定保障风电频率恒定的方式主要有两种：一种是保证发电机组的运行方式是恒定的，而发电机的驱动运转，是要凭借风力机经过传动才能实现的，也就是说，对风能的转换效率有一定的影响；另一种方式就是利用风速的变化控制发电机的转速，借助其它的技术手段，保障输出电频率的恒定 由于发电机组主要是受到风速以及风向的影响，因此，对建设地点进行选择的时候，要遵循以下原那么：首先，离障碍的距离至少在5米以上，在周围100米的范围之内最好没有障碍物；其次，两台风力发电机的安装距离控制在8～10倍风轮直径距离，选择风速较大，且盛行风向和风速变化比拟稳定的地区；第三，在选择时，要避开自然灾害较多的地区；第四，在安装过程中，一定要做好平安管理工作。

二、风力发电机组并网分析模型 风力发电机组的组成局部多而复杂，其中风力机、发电机、变流装置和传动装置是风力发电机组最重要的组成局部，发电机在并网过程中发挥着举足轻重的作用，双馈异步发电机结构与绕线式异步电动机的转子均为绕线绕组，在一定的运行要求下，变流装置就会将可变幅值与频率的交流电压传送给转子绕组，这就是所谓的交流励磁根据同步旋转qd0坐标系统，可以建立相应的数学模型对其进行分析： piqs =kq{rsLriqs+[ω1LsLr-L2m]ids-rrLmiqr+ωrLmLridr-Lruqs+Lmuqr} pids =kq{-[ω1LsLr-L2m]iqs+rsLrids-ωrLmLriqr-rrLmidr-Lruds+Lmudr} piqr=kq{-rsLmiqs-ωrLmLsids+rrLsiqr-[ω1L2m-LsLr]idr+Lmuqs-Lsuqr} pidr=kq{ωrLmLsiqs-rsLmids+[ω1L2m-LsLr]iqr+rrLsidr+Lmuds-Lsudr} 该数学模型是研究风力发电机组仿真分析的必要模型，如果没有此模型，将无法开展风力发电机组仿真分析工作，在这四个式子当中，uqr和udr就是转子励磁电压，发电机性能的好坏就是由转子励磁电压决定的，因此，发电机组对于转子励磁电压的依赖性非常强。

在这四个式子当中，ωr也就是发电机转子转速对发电机电磁的动态过程也有着一定的影响，可以用pωr =np3/2npM-Dωr+Tmec]/J对其规律进行表示，Tmec代表的是风力机的输出转矩 上文的分析说明了风力发电机与普通发电机相比，不同之处表达在哪里，在传统发电机组中，原动机的输出功率或转矩是完全可控的，然而风力发电机组中风力机的输出功率或转矩受到风向的影响，如果想要对其进行调节，在调节过程中还受到偏航以及桨距等影响，时间常数较大由此可见，如果在以快速电磁动态为主要特征，那么，在并网的过程中，原动机功率就成了无效的控制输入，对风力发电机组并网控制仿真分析并无积极作用 三、风力发电机组并网仿真分析 风力发电机在满足了发电机电压与电网电压的相序、频率、幅值和相位分别相等下才能运行，发电机组的并网与此相同，其目的是为了通过满足这些条件，减少在并网过程中由于电网和发电机自身的冲击导致的冲击，值得注意的是，只有在理想的情况下，才能实现空载并网，也就是发电机和电网间的电流为零的情况然而在实际的运行过程中，发电机组的运行受到许多因素的影响和制约，并不是每次运行都能实现空载并网，在现实情况下，冲击只能减少，并不到达完全消失的状态。

通过建立以上四个数学模型，能够对各种条件下的并网过程进行仿真研究 该系统模拟的是具有一台1MW发电机组在00kVar无功功率交换的情况下的并网过程，该过程的表达形式为一条曲线通过该系统曲线可知，在0.5秒的时候，进入了发电机的并网过程，随后发电机的定子电流对其进行反响，其值在极短的时间内到达稳定，我们可以看出，在仿真步长为0.5ms的情况下，并没有出现任何的过渡过程，随后进行了屡次仿真试验，试验结果说明，这种情况与并网合闸时刻并没有关系，除此之外，在该系统的表达中可以看出，发电机的有功功率一直是趋于0的状态，而且机端电压的曲线变化幅度非常小，该系统对并网过程中发电机与电网存在的无功功率交换不会产生大的冲击进行了很好的说明 通过前文的分析，我们知道影响风力发电机组原动机的风速具有不确定性，其变化过程无法预测和控制，因此决定了发电机的有功功率根本上很难到达为零另外一系统模拟的是在同一时间内，150kW 有功功率和100kVar无功功率交换状态下的并网过程仿真曲线从该系统中可以看出发电机定子电流与发电机与电网存在的无功功率交换具有明显的不同之处，表现在拥有极为明显的过渡过程和冲击，有功功率的交换作用下，有功功率和机端电压均有很大波动。

通常情况下，风力发电厂的机组数量少那么几十个，多那么上百个，在理想条件下，多个机组极有可能在同一时间内到达并网需要满足的风速条件这就会导致电网受到巨大的冲击，然而，如果在风速变化时，采用分别并网的形式，对各个机组进行调整使其满足并网条件，将会严重浪费时间因此，因此，风力发电厂必须制定科学合理的并网措施，实现平稳并网 四、风力发电机组并网过程控制 通过前文分析得知，在有功功率交换的情况下，有功功率的平衡是一个机电暂态过程，与发电机转子运动规律有关，并网过程的冲击不时间长，且变化幅度非常大，在进行并网前，如果有功功率出现过剩的情况，发电机的旋转速度将会加快，发电机有功功率过剩与转子转速的关系大体为：ΔP =Jωdω/dt ，相角差是有功功率的根本要素，可以用P =EUsinδ/xΣ进行表示，而双馈异步发电机中的转子励磁系统具有快速的反响能力，通过对这两个式子的运用，可以到达有功功率迅速平衡、到达抑制并网过程冲击的作用通过大量的实验说明，在发电机机端电压相角调节作用下，电流遭受的冲击值大幅度降低，在极短的时间内，电流、电压和有功功率就可以到达稳态值，说明并网前发电机机端电压相角的变化对并网过程中的冲击有着明显的抑制作用。

通过对上述两个式子的计算，可以发现，由于工况的不同，相角调节的值也会随之发生变化除此之外，风力发电机组有功功率的变化较缓慢，而通过变流器的，相角的调节得以实现，所以上述措施具有较好的可行性 结语： 从本文的分析中可以看出，要想实现快速、平稳的并网，必须采取有效的措施减少并网过程中产生的冲击，通过仿真分析的总结，不难发现，双馈异步发电机中的转子变流装置，具有很强的响应能力，在抑制并网冲击过程中具有十分重要的作用和价值 参考文献： 【1】丁贵立.王奔.双馈感应风力发电机组的非线性变结构空载并网控制策略[J].控制理论与应用，2021. 【2】潘文.基于双向晶闸管的软并网异步发电机系统仿真分析[J].科技创新导报，2021. 【3】刘新宇.杨慧丽.变速恒频双馈风力发电机空载并网控制策略[J].技术与市场，2021. 。