风力发电系统设计与并网仿真
海上风电并网系统的VSC-HVDC仿真报告
论文初稿海上风能具有风速大、较稳定等特点，但是海上风电场与电网的连接距离远，容量大，因此采用直流输电具有一定的优势。
基于电压源换流器（VSC）的高压直流输电（HVDC）能够实现有功功率和无功功率的灵活控制，广泛应用于远距离、大容量输电、交流系统连接和电力系统潮流控制等方面。
基于VSC的HVDC技术有别于基于电流型相控技术的传统高压直流输电，它是一种基于全控型电力电子器件（如绝缘栅双极型晶体管、可关断晶闸管等）和脉冲宽度调制（PWM）的新型直流输电技术。
该技术能够有效解决传统HVDC中存在的换向困难、谐波含量多及占地面积大等缺点。
基于VSC-HVDC的海上风电场并网结构如图所示。
海上风电机组通过交流电缆并联到一起，通过升压变压器将风力发电机的电压进行抬升，VSC1将海上风电机组产生的交流电转换为直流电，通过直流电缆传输到VSC2，经过直交变换实现并网连接。
VSC的结构如图：稳态运行条件下，忽略换流电抗器的有功损耗和谐波分量，则VSC和交流电网之间传输的有功功率P S及无功功率Q S分别为：P S=P C=U S U C sinδ(1)X LQ S=U S(U C cosδ−U S)(2)X L式中：U C为VSC输出电压的基波分量；U S为交流母线电压基波分量；δ为U C与U S的相角差；X L为换流电抗器的电抗。
在式(1)、式(2)中，X L和U S为常数，其值不变。
当δ>0时，VSC吸收有功功率；当δ<0时，VSC 发出有功功率。
无功功率主要取决于(U C cosδ−U S)，当(U C cosδ−U S)<0时，VSC发出无功功率；当(U C cosδ−U S)>0时，VSC吸收无功功率。
因此，通过对δ的控制就可以控制直流电流的方向及输送功率的大小，VSC系统还可以发或吸收一定无功功率，能够起到静止同步补偿器(STATOM)的作用，动态补偿交流母线的无功功率。
仿真分析为验证VSC-HVDC控制系统，按照图1在Matlab的Simulink环境下建立VSC-HVDC系统和控制系统模型。
风力发电系统设计与并网仿真
一、风力发电系统设计1.系统概述风力发电系统是利用风力转换成电能的一种可再生能源利用系统。
风力发电系统的组成主要包括风轮机、变流器、控制系统、接线箱、电缆等。
2.风轮机风轮机是风力发电系统的核心部件，由叶片、转轴、齿轮箱、变速箱、变流器等组成。
叶片是风轮机的重要部件，它的形状和角度决定了风轮机的效率。
转轴是风轮机的运动部件，它将风能转换成机械能，并传递给齿轮箱。
齿轮箱是风轮机的传动部件，它将机械能转换成电能。
变速箱是风轮机的调速部件，它可以根据风速的变化来调节风轮机的转速，以保证风轮机的最佳运行效率。
变流器是风轮机的输出部件，它将齿轮箱传递的电能转换成可用的电能，并输出到接线箱。
3.变流器变流器是风力发电系统的重要部件，它的作用是将风轮机产生的交流电转换成直流电，并将直流电转换成可用的交流电。
变流器的主要组成部分有变压器、换流器、整流器、滤波器等。
变压器是变流器的重要部件，它可以将风轮机产生的高压电转换成低压电，以保证变流器的安全运行。
换流器是变流器的核心部件，它可以将交流电转换成直流电，并将直流电转换成可用的交流电。
整流器是变流器的辅助部件，它可以将交流电转换成直流电，以保证变流器的正常运行。
滤波器是变流器的辅助部件，它可以滤除变流器输出电流中的干扰，以保证变流器的稳定运行。
4.控制系统控制系统是风力发电系统的重要部件，它可以根据风速的变化来调节风轮机的转速，以保证风轮机的最佳运行效率。
控制系统的主要组成部分有控制器、传感器、接口板等。
控制器是控制系统的核心部件，它可以根据传感器检测到的风速变化来调节风轮机的转速，以保证风轮机的最佳运行效率。
传感器是控制系统的重要部件，它可以检测到风速的变化，并将检测到的信息传递给控制器。
接口板是控制系统的辅助部件，它可以将控制器和传感器之间的信号进行转换，以保证控制系统的正常运行。
5.接线箱接线箱是风力发电系统的重要部件，它可以将变流器输出的电能转换成可用的电能，并将电能输出到电网。
风力发电与并网技术仿真分析
风力发电与并网技术仿真分析摘要：作为可再生能源的风电近些年发展迅速，在风电大规模并网的同时也带了许多问题，如对电网稳态运行时的无功功率、有功功率、系统电压的控制和动态稳定性产生不利的影响。
文章分析了风力发电系统的基本构造，介绍了风电并网技术中的动态无功补偿及电压调节、低电压穿越技术。
采用Matlab/simulink软件对风力机接入系统后的运行情况进行仿真，可知风机接入电网会对电网电能质量造成影响。
关键词：风电；电力系统；低电压穿越；仿真ABSTRACT：In recent years, wind power as renewable energy development rapid, wind power bring a lot of problems in large-scale grid-connected, such as take adversely affected to reactive power, the active power, system voltage control and dynamic stability in grid steady-state operation. This paper analyzes the basic structure of the wind power generation system, introduced dynamic reactive power compensation and voltage regulation, low voltage ride through technology in wind power grid-connected technology. Using Matlab/simulink software simulate the operation of the wind turbine access system, shows that wind turbine access grid would be take adversely affect to grid power quality.KEYWORD: wind power; power system; LVRT; Simulation引言我国风资源分布广泛，可利用量巨大。
第二章并网风力发电系统及其仿真建模
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风力发电机组
风电机组的分类：
（1）按风轮桨叶分类 失速型：高风速时，因桨叶形状或因叶尖处的扰流器 动作，限制风力机的输出转矩与功率； 变桨型：高风速时，调整桨距角，限制输出转矩与功率。
（2）按风轮转速分类 定速型：风轮保持一定转速运行，风能转换率较低； 变速型： 双速：可在两个设定转速下运行，改善风能转换率； 连续变速：连续可调，可捕捉最大风能功率。
(3) 旋转磁场在一个圆周内，呈现出的磁极（N、S极）数目称为极 数，用2p表示。
(4) 旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，转速n1取决于电流的 频率 f 和极对数p：
60 f n1 P
—— 同步转速
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恒速恒频笼型异步风力发电机系统
笼型异步风力发电机的工作原理 — 电磁感应
（1）定子三相电流产生旋转磁场，以同步转速n1 旋转 （2）旋转磁场在转子导条中产生感应电动势 e和电流i
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风力发电机组
定桨定速 vs.变桨变速风力机输出功率的比较：
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风力发电机系统
风力发电机系统的分类：
恒速恒频风力发电机系统
（1）同步发电机系统 （2）笼型异步发电机系统 （3）绕线转子RCC异步发电机系统
变速恒频风力发电机系统
（1）变速恒频鼠笼异步发电机系统（高速） （2）变速恒频双馈异步发电机系统（高速） （3）变速恒频电励磁同步发电机系统（中、低速） （4）变速恒频永磁同步发电机系统（中、低速） （5）变速恒频横向磁通发电机系统（中、低速）
和交轴电枢反应电抗。
Xs —每相电枢绕组的漏电抗。
Xd 、Xq —每相电枢绕组的直轴 和交轴同步电抗。
jIq X q U
风电并网仿真
风电并网课程作业用digsilent软件仿真分析含风电场的单机无穷大系统的潮流与动态过程班级：研电1105姓名：郭威（1112201057）李彦宾（1112201063）0 仿真系统参数如下双馈电机参数： 变压器参数：额定容量S N =1.5MVA 额定容量S N =63MVA 额定电压U N =0.69kV 额定电压U N =242kV/10.5kV 正常转速n =1490.565rpm 短路损耗404kW 级对数 p=2 空载损耗93kW 惯性时间常数（集中参数）T J =5s 短路电压14.45% 定子电阻R s =0.00598989pu 空载电流2.41% 转子电抗x s =0.125pu 直流电容参数：同步速时 C =48137.6µF E =1.15kV 转子电阻R r =0.00619137pu 系统参数：转子电抗x r =0.105368pu 无限大系统: f =50Hz 静止时 负荷参数：转子电阻R r =0.02623123pu P=35MW ，cos Φ=0.9 输电线路：LGJ400，200km, r1=0.08 Ω/km,x1=0.04 Ω/km.变压器参数计算：选择电力变压器型号为SSPL-63000/220，额定容量为63000kVA ，额定电压242±2⨯2.5%kV ，低压10.5kV ，短路损耗404kW ，空载损耗93kW ，短路电压14.45%，空载电流2.41%，经过计算：Ω=⨯⨯==96.56310002424041000222N N K T S U P R Ω=⨯⨯==33.1346310024245.14100%22N N k T S U U XS U P G NT 622010588.12421000931000-⨯=⨯=⨯=S U S I B NN T 52201059.22421006341.2100%-⨯=⨯⨯==搭建的单机无穷大系统潮流图，该系统中无穷大系统由内阻为0、电压标么值为1的50Hz 交流电压源进行等值。
风力发电系统设计与并网仿真
风力发电系统设计与并网仿真1. 简介风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源发电方式。
风力发电系统由风机、传动装置、发电机、控制系统和功率转换系统等组成。
设计和仿真是风力发电系统开发过程中至关重要的环节，本文将介绍风力发电系统的设计和并网仿真。
2. 风力发电系统设计风力发电系统设计需要考虑以下几个关键方面：2.1 风机选择风机是风力发电系统的核心组件，选择适合的风机能够提高系统的发电效率。
在选择风机时需要考虑风机的额定功率、转速范围、桨叶材料等因素，并结合实际环境条件进行综合评估。
2.2 传动装置设计传动装置用于将风机的转动能量传递给发电机，设计传动装置需要考虑传动效率、可靠性和成本等因素。
常用的传动装置包括齿轮传动、链条传动和皮带传动等。
2.3 发电机选择选择合适的发电机对风力发电系统的性能至关重要。
常见的发电机类型包括交流发电机和直流发电机，根据系统需求和实际情况选择合适的发电机类型和功率。
2.4 控制系统设计控制系统对风力发电系统的运行和稳定性起着重要作用。
控制系统需要实现风机启停、转速控制、并网控制等功能，保证系统的安全可靠运行。
2.5 功率转换系统设计功率转换系统将发电机产生的电能转化为交流电或直流电，并进行逆变、稳压和滤波等处理。
根据系统需求选择合适的功率转换器和滤波器，确保发电系统输出电能的质量和稳定性。
3. 风力发电系统并网仿真风力发电系统并网仿真是评估系统性能和优化系统设计的重要手段。
通过仿真可以预测风力发电系统的电能输出、稳定性和响应能力等关键指标。
3.1 建立仿真模型在进行风力发电系统仿真前，需要建立系统的数学模型。
模型包括风速模型、风机模型、传动装置模型、发电机模型、控制系统模型和功率转换系统模型等。
3.2 仿真参数设置根据实际场景和系统要求，设置仿真参数。
包括风速、风向、风机转速、发电机负载、并网电压等参数。
3.3 仿真结果分析根据仿真结果分析风力发电系统的性能指标，如电能产出、功率曲线、系统响应速度等，并结合实际需求进行系统设计的优化。
风力发电机组的控制模型与仿真
4.2风力发电场简介随着能源危机的出现和环境的日益恶化，被称为绿色清洁能源的风能越来越受到世界各国的广泛重视。
风是山于太阳照射到地球表面各处受热不同，产生温差引起大气运动形成的。
风能就是空气流动所产生的动能。
能够将风能动力转化成电力的装置称为风力发电机组。
由在风力富足的场地安装多台风力发电机组，经电力输送设备将风力发电机组生产的电力送进电网的工厂称为风力发电场。
围绕风力发电场的电力生产、输送目标的电力设备组成的系统称为风力发电场发电系统。
我国风电建设始于20世纪80年代中期。
经过了近20年的发展，到2005年底，全国共建设了40多个风电场，并网风力发电装机容量为105万KW，年发电量约21亿KW/h。
此外，我国还约有20万台小型风力发电机(总容量约为3. 5万KW，用于边远地区居民用电。
我国风电设备制造技术经过近十年的发展有了很大的进步，己经基本掌握了单机容量1000KW左右大型风力发电设备的制造能力。
经过多年的努力，己掌握了一定的风电场运行管理的技术和经验，并造就了一批风电设计、施工的技术人员，为风力发电的大规模开发和利用奠定了良好的基础。
与国外发达国家相比，我国的风电建设虽然起步较早，但总体发展速度较慢，总体规模在亚洲也落后于印度和日本，距离大规模的开发利用仍有一定的差距。
首先我国缺乏详实的风能资源数据，以现有有限的地面气象站的资料，无法满足大规模风场建设的要求。
目前风力发电的成本价和常规火力发电相比，仍有很大差距。
风电场发电成本高主要有以下原因:一是由于国内不能制造商品化并网风电机组，进口风电机组价格较贵:二是风电和水电一样，不消耗燃料，没有进项抵扣，所以风力发电每度电的纳税额高于常规能源发电:三是风电场规模较小，没有形成规模经济效益。
风力发电所产生的特殊问题。
风力发电和常规水电、火电和核电等相比，基本的区别有三点:1)风电机组的有功功率输出是随机的，其大小取决于风的变化:而火电等常规发电机组输出的有功功率和无功功率都可以准确控制:2)目前采用的风电机组绝大多数是异步发电机组，输出随机有功功率的同时，要吸收无功功率，而火电和水电机组全部都是同步发电机组:3)具有相对容量较小的大量风电机组并列运行是风电场的一个重要特点。
系统仿真在风电场并网运行中的应用
系统仿真在风电场并网运行中的应用风能作为一种清洁可再生能源，备受关注。
随着风电场的快速发展，风电场的并网运行变得越来越重要。
为了确保风电场的高效运行和电网的稳定性，系统仿真成为了一种必要的方法。
本文将探讨系统仿真在风电场并网运行中的应用。
一、概述系统仿真是通过建立数学模型，模拟实际环境下的风电场并网运行情况。
通过系统仿真，可以实时监测系统的运行状况，预测可能出现的问题，并采取相应的措施进行优化。
二、风电场并网模型1. 风机模型在系统仿真中，风机模型是模拟风电场发电机组的关键。
风机模型需要考虑风速、转子速度、功率曲线等因素，以准确模拟风机的输出特性。
2. 电网模型电网模型是模拟风电场与电网之间的互联情况。
通过电网模型，可以分析电网的稳定性、电压等参数，并优化电网结构，以确保风电场的并网运行。
三、系统仿真的应用1. 风电场优化运行通过系统仿真，可以对风电场的优化运行进行模拟和分析。
通过调整风机的操作策略、电网结构等因素，能够提高风电场的发电效率，降低损耗，提高风电场的经济性。
2. 并网运行安全性评估并网运行安全性评估是风电场运维的关键环节。
通过系统仿真，可以模拟并评估风电场在电网故障、可靠性等情况下的运行情况，及时发现潜在的问题，并采取措施进行修复，确保电网的稳定性。
3. 储能设备优化配置储能设备在风电场中具有重要作用。
通过系统仿真，可以模拟储能设备在不同工况下的运行情况，分析储能设备的配置方式、数量等因素对风电场运行的影响，以找到最佳的储能系统配置方案。
四、系统仿真的优势1. 提高效率系统仿真能够帮助优化风电场的运行策略，提高发电效率，降低成本，提高风电场的经济效益。
2. 确保安全通过系统仿真，可以评估并提前预防风电场运行中可能出现的问题，确保风电场的安全运行。
3. 减少试错成本系统仿真能够模拟实际运行环境，对不同的操作策略进行验证，从而减少试错成本，提高运维效率。
五、结论系统仿真在风电场并网运行中的应用已经取得了显著的进展。
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风力发电系统设计与并网仿真
风力发电系统设计与并网仿真》是一个关于风力发电系统设计和并网仿真的主题。
风力发电系统是一种利用风能转化为电能的装置，它在可再生能源领域具有重要的地位。
本文将介绍风力发电系统设计的基本原理和要点，并探讨并网仿真在风力发电系统中的关键作用。
通过深入研究和分析，我们可以更好地理解风力发电系统设计与并网仿真的背景和重要性，以及它们在可再生能源领域的应用前景。
风力发电系统设计是指设计风力发电设备的原理和关键组成部分，以及各部分的功能和工作原理。
在设计过程中，需要考虑多个因素，包括地理条件、风能资源和系统容量等。
设计原理
风力发电系统的设计原理是通过利用风能转换成电能。
在系统中，主要包括风力发电机组、变频器、功率逆变器和电网接口等组件。
主要组成部分
风力发电机组：负责将风能转换成机械能，并驱动发电机产生
电能。
变频器：将发电机产生的交流电转换成稳定的直流电。
功率逆变器：将直流电转换成交流电，并调节输出电力的频率
和电压。
电网接口：将发电系统与电网连接起来，实现电能的输送和接收。
功能和工作原理
风力发电机组的功能是将风能转换成机械能，主要由风轮、机舱、转子和发电机等组件构成。
风轮通过叶片的转动捕捉到风能，
并转化成转子的旋转运动，进而驱动发电机产生电能。
变频器的功能是将发电机产生的交流电转换成稳定的直流电，
主要由整流器、滤波器和逆变器等组件构成。
整流器将交流电转换
成直流电，滤波器用于过滤电流中的噪声和谐波，逆变器将直流电
转换成交流电，并提供稳定的电力输出。
功率逆变器的功能是将直流电转换成交流电，并调节输出电力
的频率和电压，以满足电网的要求。
同时，它还具有反馈控制功能，可以调节风力发电系统的输出功率，以适应不同的负载需求。
电网接口的功能是将发电系统与电网连接起来，实现电能的输
送和接收。
通过电网接口，风力发电系统可以将产生的电能输入到
电网中，供其他用户使用；同时也可以从电网中获取电能，以供系
统自身消耗或储存。
考虑因素
在设计风力发电系统时，需要考虑以下因素：
地理条件：包括地形、地势和地面覆盖等因素，对风力的影响
较大。
地形的高低、山脉的分布和水域的情况等都会对风力的强度
和方向产生影响，在系统设计中需要加以考虑。
风能资源：风力发电系统的有效发电依赖于可利用的风能资源。
在设计过程中，需要对当地的风能资源进行评估和分析，以确定系
统容量和风力发电机组的数量。
系统容量：根据需求和可利用的风能资源，确定风力发电系统
的容量，以满足特定的电力需求。
系统容量的设计涉及到发电机组
的数量、发电机的额定功率和系统运行的稳定性等方面。
以上是关于风力发电系统设计的简要介绍，包括设计原理、关
键组成部分以及各部分的功能和工作原理。
同时也讨论了在设计过
程中需要考虑的因素，如地理条件、风能资源和系统容量等。
并网仿真是指模拟和评估风力发电系统与电
网之间互动的过程。
在设计风力发电系统和评估
其性能时，进行并网仿真是非常重要的。
进行并网仿真对风力发电系统的设计和性能
评估具有重要意义。
通过仿真可以模拟真实的运
行环境，更好地了解风力发电系统与电网之间的
交互作用。
并网仿真可以帮助设计师和工程师评
估风力发电系统在不同工况下的稳定性和可靠性，提前发现潜在问题并进行优化。
在并网仿真中，有很多常见的仿真工具和方
法可供选择。
例如，可以使用Matlab/Simulink
软件进行风力发电系统的建模和仿真。
此外，还
可以使用PSCAD、DIgSILENT等专业仿真软件
进行更为复杂的仿真工作。
同时，结合现场数据
和实测结果，可以更准确地模拟风力发电系统与
电网之间的互动。
为了准确模拟风力发电系统与电网之间的互动，需要考虑多方面的因素。
首先，需要准确建立风力发电系统的模型，包括风机、变流器、齿轮箱等。
其次，需要准确建立电网的模型，包括传输线路、变电站等。
最后，需要考虑风力发电系统与电网之间的接口，如变流器的控制策略和电网的负荷。
通过准确模拟风力发电系统与电网之间的互动，可以评估并优
化系统的性能，提高风力发电系统的可靠性和效率。
本文对风力发电系统设计与并网仿真进行了详细探讨，并总结
了以下要点：
风力发电系统设计与并网仿真在可再生能源领域具有重要意义。
通过仿真模拟和设计优化，可以提高风力发电系统的效率和可靠性，减少对传统能源资源的依赖，降低环境污染。
风力发电系统设计是一个复杂而关键的过程，需要综合考虑风
机选择、机组配置、变流器设计等多个因素。
通过仿真模拟可以帮
助工程师们在设计阶段尽早发现潜在问题，优化设计方案。
并网仿真是风力发电系统设计中不可或缺的环节。
通过仿真模
拟电网运行、稳定性和故障响应等情况，可以评估系统对电网的影响，并制定相应的并网策略，保证系统与电网的安全稳定运行。
未来的研究方向包括进一步提高风力发电系统的效率和可靠性，降低成本，优化系统的并网能力和响应能力等。
同时，应重点关注
风力发电系统对电网稳定性和可调度性的影响，加强对系统故障和
非标准工况的仿真研究。
在风力发电系统设计与并网仿真的过程中，我们需要充分考虑
环境保护和可持续发展的原则，确保系统设计符合相关法规和标准。
本文在讨论中已经尽可能的深入，但由于风力发电系统设计与
并网仿真的复杂性和不确定性，仍存在一些挑战，需要进一步的研
究和探索。
结论部分结束，感谢您对本文的阅读。
结论部分结束，感谢您对本文的阅读。