風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制與仿真分析

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制與仿真分析 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制與仿真分析 摘 要：本文采取仿真方法，對(duì)雙饋異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)過(guò)程進(jìn)行了研究，從多個(gè)角度對(duì)影響發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過(guò)程的因素進(jìn)行了分析，通過(guò)利用轉(zhuǎn)子勵(lì)磁的特點(diǎn)，提出了消除由于在并網(wǎng)過(guò)程中受到較大沖擊的具體解決措施。 關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；并網(wǎng)；控制；仿真 一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組概述 風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組的工作方式是：在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電時(shí)，保障輸出電頻率的恒定。保障風(fēng)電頻率恒定的方式主要有兩種：一種是保證發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行方式是恒定的，而發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，是要憑借風(fēng)力機(jī)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)的，也就是說(shuō)，對(duì)風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率有一定的影響；另一種方式就是利用風(fēng)速的變化控制發(fā)電機(jī)

2、的轉(zhuǎn)速，借助其它的技術(shù)手段，保障輸出電頻率的恒定。 由于發(fā)電機(jī)組主要是受到風(fēng)速以及風(fēng)向的影響，因此，對(duì)建設(shè)地點(diǎn)進(jìn)行選擇的時(shí)候，要遵循以下原那么：首先，離障礙的距離至少在5米以上，在周圍100米的范圍之內(nèi)最好沒有障礙物；其次，兩臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝距離控制在810倍風(fēng)輪直徑距離，選擇風(fēng)速較大，且盛行風(fēng)向和風(fēng)速變化比擬穩(wěn)定的地區(qū)；第三，在選擇時(shí)，要避開自然災(zāi)害較多的地區(qū)；第四，在安裝過(guò)程中，一定要做好平安管理工作。 二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)分析模型 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成局部多而復(fù)雜，其中風(fēng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)、變流裝置和傳動(dòng)裝置是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最重要的組成局部，發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)過(guò)程中發(fā)揮著舉足輕重的作用，雙饋異步發(fā)電機(jī)

3、結(jié)構(gòu)與繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子均為繞線繞組，在一定的運(yùn)行要求下，變流裝置就會(huì)將可變幅值與頻率的交流電壓傳送給轉(zhuǎn)子繞組，這就是所謂的交流勵(lì)磁。根據(jù)同步旋轉(zhuǎn)qd0坐標(biāo)系統(tǒng)，可以建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行分析： piqs =kqrsLriqs+1LsLr-L2mids-rrLmiqr+rLmLridr-Lruqs+Lmuqr pids =kq-1LsLr-L2miqs+rsLrids-rLmLriqr-rrLmidr-Lruds+Lmudr piqr=kq-rsLmiqs-rLmLsids+rrLsiqr-1L2m-LsLridr+Lmuqs-Lsuqr pidr=kqrLmLsiqs-rsLmids

4、+1L2m-LsLriqr+rrLsidr+Lmuds-Lsudr 該數(shù)學(xué)模型是研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仿真分析的必要模型，如果沒有此模型，將無(wú)法開展風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仿真分析工作，在這四個(gè)式子當(dāng)中，uqr和udr就是轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓，發(fā)電機(jī)性能的好壞就是由轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓決定的，因此，發(fā)電機(jī)組對(duì)于轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓的依賴性非常強(qiáng)。 在這四個(gè)式子當(dāng)中，r也就是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對(duì)發(fā)電機(jī)電磁的動(dòng)態(tài)過(guò)程也有著一定的影響，可以用pr =np3/2npM-Dr+Tmec/J對(duì)其規(guī)律進(jìn)行表示，Tmec代表的是風(fēng)力機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。 上文的分析說(shuō)明了風(fēng)力發(fā)電機(jī)與普通發(fā)電機(jī)相比，不同之處表達(dá)在哪里，在傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組中，原動(dòng)機(jī)的輸出功率或轉(zhuǎn)矩是完

5、全可控的，然而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中風(fēng)力機(jī)的輸出功率或轉(zhuǎn)矩受到風(fēng)向的影響，如果想要對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過(guò)程中還受到偏航以及槳距等影響，時(shí)間常數(shù)較大。由此可見，如果在以快速電磁動(dòng)態(tài)為主要特征，那么，在并網(wǎng)的過(guò)程中，原動(dòng)機(jī)功率就成了無(wú)效的控制輸入，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制仿真分析并無(wú)積極作用。 三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)仿真分析 風(fēng)力發(fā)電機(jī)在滿足了發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓的相序、頻率、幅值和相位分別相等下才能運(yùn)行，發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)與此相同，其目的是為了通過(guò)滿足這些條件，減少在并網(wǎng)過(guò)程中由于電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)自身的沖擊導(dǎo)致的沖擊，值得注意的是，只有在理想的情況下，才能實(shí)現(xiàn)空載并網(wǎng)，也就是發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)間的電流為零的情況。然而在實(shí)

6、際的運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行受到許多因素的影響和制約，并不是每次運(yùn)行都能實(shí)現(xiàn)空載并網(wǎng)，在現(xiàn)實(shí)情況下，沖擊只能減少，并不到達(dá)完全消失的狀態(tài)。通過(guò)建立以上四個(gè)數(shù)學(xué)模型，能夠?qū)Ω鞣N條件下的并網(wǎng)過(guò)程進(jìn)行仿真研究。 該系統(tǒng)模擬的是具有一臺(tái)1MW發(fā)電機(jī)組在00kVar無(wú)功功率交換的情況下的并網(wǎng)過(guò)程，該過(guò)程的表達(dá)形式為一條曲線。通過(guò)該系統(tǒng)曲線可知，在0.5秒的時(shí)候，進(jìn)入了發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)過(guò)程，隨后發(fā)電機(jī)的定子電流對(duì)其進(jìn)行反響，其值在極短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)穩(wěn)定，我們可以看出，在仿真步長(zhǎng)為0.5ms的情況下，并沒有出現(xiàn)任何的過(guò)渡過(guò)程，隨后進(jìn)行了屢次仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，這種情況與并網(wǎng)合閘時(shí)刻并沒有關(guān)系，除此之外，在該

7、系統(tǒng)的表達(dá)中可以看出，發(fā)電機(jī)的有功功率一直是趨于0的狀態(tài)，而且機(jī)端電壓的曲線變化幅度非常小，該系統(tǒng)對(duì)并網(wǎng)過(guò)程中發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)存在的無(wú)功功率交換不會(huì)產(chǎn)生大的沖擊進(jìn)行了很好的說(shuō)明。 通過(guò)前文的分析，我們知道影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)的風(fēng)速具有不確定性，其變化過(guò)程無(wú)法預(yù)測(cè)和控制，因此決定了發(fā)電機(jī)的有功功率根本上很難到達(dá)為零。另外一系統(tǒng)模擬的是在同一時(shí)間內(nèi)，150kW 有功功率和100kVar無(wú)功功率交換狀態(tài)下的并網(wǎng)過(guò)程仿真曲線。從該系統(tǒng)中可以看出發(fā)電機(jī)定子電流與發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)存在的無(wú)功功率交換具有明顯的不同之處，表現(xiàn)在擁有極為明顯的過(guò)渡過(guò)程和沖擊，有功功率的交換作用下，有功功率和機(jī)端電壓均有很大波動(dòng)。 通常

8、情況下，風(fēng)力發(fā)電廠的機(jī)組數(shù)量少那么幾十個(gè)，多那么上百個(gè)，在理想條件下，多個(gè)機(jī)組極有可能在同一時(shí)間內(nèi)到達(dá)并網(wǎng)需要滿足的風(fēng)速條件。這就會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)受到巨大的沖擊，然而，如果在風(fēng)速變化時(shí)，采用分別并網(wǎng)的形式，對(duì)各個(gè)機(jī)組進(jìn)行調(diào)整使其滿足并網(wǎng)條件，將會(huì)嚴(yán)重浪費(fèi)時(shí)間因此，因此，風(fēng)力發(fā)電廠必須制定科學(xué)合理的并網(wǎng)措施，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)并網(wǎng)。 四、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程控制 通過(guò)前文分析得知，在有功功率交換的情況下，有功功率的平衡是一個(gè)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程，與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)規(guī)律有關(guān)，并網(wǎng)過(guò)程的沖擊不時(shí)間長(zhǎng)，且變化幅度非常大，在進(jìn)行并網(wǎng)前，如果有功功率出現(xiàn)過(guò)剩的情況，發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度將會(huì)加快，發(fā)電機(jī)有功功率過(guò)剩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的關(guān)系大體為

9、：P =Jd/dt ，相角差是有功功率的根本要素，可以用P =EUsin/x進(jìn)行表示，而雙饋異步發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁系統(tǒng)具有快速的反響能力，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)式子的運(yùn)用，可以到達(dá)有功功率迅速平衡、到達(dá)抑制并網(wǎng)過(guò)程沖擊的作用。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，在發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓相角調(diào)節(jié)作用下，電流遭受的沖擊值大幅度降低，在極短的時(shí)間內(nèi)，電流、電壓和有功功率就可以到達(dá)穩(wěn)態(tài)值，說(shuō)明并網(wǎng)前發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓相角的變化對(duì)并網(wǎng)過(guò)程中的沖擊有著明顯的抑制作用。通過(guò)對(duì)上述兩個(gè)式子的計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)，由于工況的不同，相角調(diào)節(jié)的值也會(huì)隨之發(fā)生變化。除此之外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功功率的變化較緩慢，而通過(guò)變流器的，相角的調(diào)節(jié)得以實(shí)現(xiàn)，所以上述措施具有較好的可行性。 結(jié)語(yǔ)： 從本文的分析中可以看出，要想實(shí)現(xiàn)快速、平穩(wěn)的并網(wǎng)，必須采取有效的措施減少并網(wǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊，通過(guò)仿真分析的總結(jié)，不難發(fā)現(xiàn)，雙饋異步發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子變流裝置，具有很強(qiáng)的響應(yīng)能力，在抑制并網(wǎng)沖擊過(guò)程中具有十分重要的作用