基于MATLAB的風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)動態(tài)仿真

1、2005年第20卷第3期電力學(xué)報(bào)Vol.20No.32005(總第72期)JOURNALOFELECTRICPOWER(Sum.72)文章編號:1005-6548(2005)03-0237-03基于MATLAB的風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)動態(tài)仿真王建生(太原理工大學(xué)電子與電力工程學(xué)院,山西太原030024)DynamicSimulationoftheWindTurbineAsynchronousGeneratorinMATLABWANGJian2sheng(ElectricalandPowerEngineeringCollegeofTUT,摘要:基于MATLAB構(gòu)建了適合風(fēng)力發(fā)電的異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)動態(tài)仿真模

2、型,的各種運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了動態(tài)仿真。關(guān)鍵詞:異步發(fā)電機(jī);中圖分類號:AAbstract:asynchronousgenera2torrunningsimulatedinthispaper.ThesimulationmodulesaremadeinMATLABandthesimulationresultsareanalyzed.KeyWords:asynchronousgenerator;dynamicsim2ulation;matlab。1發(fā)電機(jī)當(dāng)轉(zhuǎn)速為95%時(shí)掛到電網(wǎng)發(fā)電機(jī)的仿真模型如圖1所示,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速95%時(shí)掛到電網(wǎng)的仿真結(jié)果如圖2所示,仿真模塊中的參數(shù)如表1和表2所示。隨著風(fēng)力發(fā)

3、電機(jī)建造成本的降低和制造技術(shù)的完善,風(fēng)這種清潔能源的利用前景愈顯光明。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造和性能改進(jìn)也日益成為研究熱點(diǎn)。MATLAB作為新型的數(shù)值計(jì)算和仿真工具,pn/W圖1發(fā)電機(jī)并網(wǎng)仿真模型表1鼠籠發(fā)電機(jī)參數(shù)Vn/Vf/Hzr1/puL1/pu1038r2/pu220L2/pu50Lm/pu0.0201J/kgm20.0349p已廣泛的應(yīng)用于許多工程領(lǐng)域。它提供了豐富的仿真模塊,為廣大研究人員提供了方便快捷的系統(tǒng)分析、運(yùn)算、仿真環(huán)境。本文基于MATLAB6.5構(gòu)建了適合風(fēng)力發(fā)電的鼠籠式異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)仿真模型,并對此系統(tǒng)的性能做了動態(tài)仿真。0.03770.03491.20820.0892表2仿真電

4、路中其它參數(shù)三相負(fù)載有功功率P/W1000三相負(fù)載無功功率Q/var100三相電容C/F142.3711112發(fā)電機(jī)在t=0s時(shí)掛到電網(wǎng)1異步發(fā)電機(jī)仿真模型的建立采用的方法是:利用MATLAB軟件的SIMULINK庫中的仿真模塊將系統(tǒng)搭建起來,模擬根據(jù)圖1的仿真模型,將發(fā)電機(jī)在t=0時(shí)就掛在電網(wǎng)上,仿真結(jié)果見圖3。圖3中各量均為標(biāo)幺值,這樣更容易看出并網(wǎng)時(shí)間不同對電機(jī)行性的影響。圖2與圖3分析比較可知,在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速電網(wǎng)、開關(guān)、電容、電機(jī)和測量模塊,進(jìn)行動態(tài)仿真。收稿日期:2005-01-17修回日期:2005-05-16作者簡介:王建生(1962-),男,山西太原人,工程師,電機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)。2

5、005年電力學(xué)報(bào)238達(dá)到一定速度后再將發(fā)電機(jī)并在電網(wǎng)上,將有效減小發(fā)電機(jī)沖擊電流的作用時(shí)間,沖擊電流的平均值也稍小一些。5圖2電機(jī)達(dá)額定轉(zhuǎn)速95%時(shí)并網(wǎng)的定子電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩b1。,而電磁,因而電機(jī)轉(zhuǎn)速無限制上升。所以,應(yīng)在發(fā)電機(jī)發(fā)生短路故障后,及時(shí)撤掉負(fù)載轉(zhuǎn)矩,以免發(fā)生“飛車”現(xiàn)象。3對起動電流進(jìn)行控制的電路將圖1中的并網(wǎng)控制開關(guān)換成晶閘管,則可對起動電流進(jìn)行控制。雙向晶閘管組成的控制器根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,控制晶閘管的導(dǎo)通角從180°0°變化。使發(fā)電機(jī)的起動電流在t=0s時(shí)刻為零,再隨時(shí)間的推移而逐漸變大,仿真結(jié)果見圖6。圖3電機(jī)直接并網(wǎng)時(shí)的定子電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩2異步發(fā)

6、電機(jī)三相突然短路時(shí)的仿真模型在仿真模型圖4(添加了三相短路器)中,t=0s時(shí)短路器刀閘斷開,電機(jī)加負(fù)載;t=6s時(shí)將短路器刀閘閉合,使電機(jī)三相短路,仿真結(jié)果見圖5。圖6電機(jī)定子電流、轉(zhuǎn)速、機(jī)械轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差率圖4發(fā)電機(jī)突然三相短路仿真模型由圖6可得結(jié)論為:如果在t=0時(shí)就給發(fā)電機(jī)加上負(fù)載轉(zhuǎn)矩,發(fā)電機(jī)的起動電流會很大。倍數(shù)大、作用時(shí)間長的起動電流會對發(fā)電機(jī)的絕緣造成很大的壓力,甚至發(fā)生事故。若在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之分析圖5可得如下結(jié)論:a1當(dāng)發(fā)電機(jī)突然三相短路,短路電流將是額定電流的1015倍。第3期王建生:基于MATLAB的風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)動態(tài)仿真239間加上晶閘管限流電路,控制晶閘管導(dǎo)通角的大小,即可有

7、效減小發(fā)電機(jī)的起動電流。參考文獻(xiàn):1葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)M.北京:機(jī)械工4結(jié)束語本文用MATLAB對異步電機(jī)進(jìn)行建模和仿真,為電機(jī)的動態(tài)性能提供了1種便捷的算法。通過分析仿真結(jié)果,可看到和發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況大致相符。因此將MATLAB軟件運(yùn)用于電機(jī)及控制電路設(shè)計(jì)將是1種十分高效和可靠的方法。業(yè)出版社,2002.2張鵬舉.內(nèi)蒙古輝騰錫勒風(fēng)電場風(fēng)能資源評價(jià)J.電力勘測,2000(3).3孫亮.MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真M.北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社,2001.責(zé)任編輯:王琨(上接第236頁)方法,。從暫態(tài)模擬結(jié)果來看,線路首、末,這一影響在過電。212線路末端合閘暫態(tài)過電壓仿真波形考慮

8、和忽略變壓器勵磁支路影響后的線路末端電壓波形如圖6和圖7所示。圖6有勵磁支路時(shí)線路末端電壓波形圖由圖6、7可見,A相合閘過電壓最大,考慮、忽略變壓器勵磁支路影響時(shí)分別有:Umax=2.01p.u.;Umax=2.05p.u.,考慮勵磁支路后過電壓只降了圖7無勵磁支路時(shí)線路末端電壓波形圖參考文獻(xiàn):1吳維韓,張芳榴1電力系統(tǒng)過電壓數(shù)值計(jì)算M1北2%。但2種波形在23個工頻周波后相差明顯,其中C相最為明顯,考慮勵磁支路的電壓波形明顯低于不考慮勵磁支路時(shí)的波形。為能在廣泛的斷路器隨機(jī)合閘條件下進(jìn)行對比,已逐次進(jìn)行了200次不同分閘相角的暫態(tài)模擬,模擬統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,考慮勵磁支路后所得過電壓幅值比不考慮時(shí)可分別使線路首末端過電壓峰值平均降低5%和3%,在23個工頻周波后,過電壓的減小將逐漸明顯。京:科學(xué)出版社,198912Can2AmEMTPUserGroup.AlternativeTransientsPro2gram(ATP)RuleBook.Portland,OR,1998.3張小青,吳維韓1電力系統(tǒng)中考慮鐵磁元件磁滯特性的暫態(tài)計(jì)算J1中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),1993(2):81414DommelHW.Nonlinearandtime2varyingelem