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電力仿真解讀

作者: 時間:2013-01-10 來源:網絡 收藏

2風能及風電機組模型

與常規(guī)發(fā)電機組(如火電、水電、核電)相比,風力發(fā)電機組的突出特點是輸入能量不受控制,這一特點導致風力發(fā)電機組在構成上與常規(guī)發(fā)電機組有著很大的不同且呈現出多樣化特點。我們知道,常規(guī)發(fā)電機組的機械能-電能轉換裝置普遍采用同步發(fā)電機,而并網型風電機組采用的發(fā)電機則形式多樣,如恒速恒頻同步/異步發(fā)電機、交/直/交發(fā)電機、磁場調制發(fā)電機、交流勵磁雙饋發(fā)電機等。因采用的發(fā)電機類型不同,相應的控制系統(tǒng)區(qū)別很大,電能參數隨風能變化的特性也有很大的不同。

研究人員需要根據風力發(fā)電機組的特點開發(fā)針對性的模型軟件。限于篇幅,本文主要介紹共性部分的仿真。

2.1典型風力發(fā)電機組的仿真模型總體結構

在風電場中得到廣泛應用的恒速風力機如圖1所示[2],異步發(fā)電機將風輪吸收的機械能轉化成電能,發(fā)電機轉速隨發(fā)電量的變化而在一定范圍內變化,因轉速變化范圍很小(1%左右),通常稱為恒速系統(tǒng)。恒速系統(tǒng)通常選用失速型調節(jié)方式。

圖1恒速風力機系統(tǒng)示意圖

圖1恒速風力機系統(tǒng)示意圖

一種典型的變速風力發(fā)電機組見圖2,它采用雙饋異步發(fā)電機(DFIG)。發(fā)電機的定子線圈直接與電網相連,轉子線圈則通過滑環(huán)和電子逆變器與電網連接。因此,當風速變化引起發(fā)電機轉速變化時,通過控制轉子電流的頻率,可保持定子頻率的恒定,進而實現風力發(fā)電機組的變速運行。在高風速條件下,通過調整葉片槳距限制風力機的輸出功率。

上述兩種風力發(fā)電機組的仿真模型的總體結構分別表示在圖3和圖4中[3],變速風力機的控制系統(tǒng)要比恒速系統(tǒng)復雜得多,其仿真模型相應增加了槳距角、轉速、端電壓等控制器子模型和變頻器的仿真模型。

圖2典型的雙饋發(fā)電機組系統(tǒng)示意圖

圖2典型的雙饋發(fā)電機組系統(tǒng)示意圖

圖3恒速風力機仿真模型的總體結構

圖3恒速風力機仿真模型的總體結構

圖4變速風力機仿真模型的總體結構

圖4變速風力機仿真模型的總體結構

2.2風能特性模型

描述風能特性的參數主要有風速、風向和風密度。風的密度主要取決于風機所處的地理位置,氣候變化也會產生一定影響,對于特定風機而言,風密度可以直接取自測量數據,并可以忽略密度的變化;針對研究型的仿真應用,風向的變動可不予考慮,即假定風力機一直跟蹤風向的變化。因此,我們主要關注風速的變化特性。

風因大氣環(huán)流形成,風速是一個典型的隨機變量。若不考慮風的方向性,風速是其空間坐標位置和時間的函數,即v=f(x,y,z,t)。我們將描述某一區(qū)域風速的空域、時域分布變化特性的模型又稱為風場模型(WindFieldModel)。嚴格說來,各空間位置上的風速因風的隨機性、風場地形等因素影響而各不相同,因此,要建立一個準確的風場模型幾乎是不可能的,需要進行一定的簡化處理。



關鍵詞: 電力 仿真

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