本文根据变速双馈风电机组的特性,在dq坐标系下,建立其动态数学模型,并且在Matlab中搭建了机组系统的仿真模块,仿真分析了双馈风力发电机组的动态稳定性,并通过仿真说明了变速双馈风力发电机组具有良好的动态性能和低电压穿越功能。1基本结构与动态数学模型1.1双馈风电机组基本结构基于变速恒频控制技术的双馈风力发电机组系统主要由风速、风轮、双馈发电机、变频器、励磁系统、控制检测系统组成。双馈风力发电机的定子侧直接接入常规电网系统,而转子侧通过双向变频器接入所需低频励磁电流[1]。因为定子与转子两侧都可能有能量的馈送,所以称为双馈风力发电机。变速双馈风力发电机组的结构简图如图1所示。当风速变化引起发电机转速r变化时,改变转子绕组电流的频率和旋转磁场的转速x,可使定子旋转磁场s保持恒定,达到变速恒频的目的[2]。1.2变速双馈风电机组动态数学模型1.2.1机械传动部分动态数学模型风力机捕获的风能与风速的立方成正比例的关系,同时还与风力机叶片的转速及结构参数有关。根据风力机功率特性方程有[35]PT=CPA23P1N03式中,PT为风力机机械功率,pu;Cp为风能转换系数,是桨距角和叶尖速率比(=R/v)的函数;R为叶片半径,m;为风力机叶片转速,rad/s;A为叶片扫掠面积,m2;为空气密度,kg/m3;v为风速,m/s;PN为功率基值,kW。从轮毂到发电机转子之间的联轴器和齿轮,可以用一阶惯性环节来描述,方程式为dTdt=T1d(TM-TT)式中,TT为作用于发电机转子上的机械转矩,pu;TM为风作用在叶片上产生的对转轴的机械力矩,pu,TM=PT/;Td为机械传动时间常数,s。发电机转轴上的机械转矩TT与发电机电磁转矩Te共同作用调节转子转速,其动态方程式为dsdt=T1j(Te-TT)式中,s为发电机转差率;Te为发电机电磁转矩,pu;Tj为发电机惯性时间常数,s。1.2.2双馈风电机组动态数学模型根据双馈发电机的结构特点和仿真的需要,选择将d-q轴放在同步旋转坐标系上来建立双馈风力发电机的状态方程为usd=ddtsd-ssq+rsisdusq=ddtsq+ssd+rsisqurd=ddtrd-srq+rrirdurd=ddtrq+srd+rrirq式中,usd、usq、urd、urq、usd、isq、ird、irq分别为电机定、转子绕组的电压与电流在d-q坐标系中的分量;sd、sq、rd、rq分别为电机定、转子绕组磁链在d-q坐标系中的分量;s为坐标系旋转角速度,即为同步转速。磁链方程为sd=Lsisd+Lmirdsq=Lsisq+Lmirqrd=Lrid+Lmisdrq=Lrirq+Lmisq式中,Ls=L1s+Lm,Lr=L1r+Lm,Lm=3/2Lsr,Lsr为定子、转子互感幅值,L1s、L1r分别为定子、转子每相漏感[68]。2双馈风电机组动态稳定性仿真研究选定双馈发电机组的参数如下:风机额定容量为1500kW,风力机桨叶半径R=25m,发电机转子电阻rr=0.0073pu,定子电阻rs=0.0076pu,定子漏抗Xs=0.1248pu,转子漏抗Xr=0.0884pu,激磁电抗Xm=1.8365pu,发电机转动部分惯性时间常数Tj=7.1s,风力机与发电机之间机械传动部分时间常数Td=0.5s,极对数p=3。含风速变化的双馈风力发电机组经升压变压器之后与电网连接的仿真模块结构如图2所示。2双馈风力发电机组并网运行时的仿真图2.1受风速扰动时的仿真分析基本风速为8m/s、双馈风力发电机组稳态运行时,在5s时出现了阵风14m/s的干扰,阵风持续
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