定速风电机组的仿真
定速风电机组的仿真
组员： 32111222王浩 32111208乐姗姗
32111207瞿振林 32111212刘洁波
一、简单介绍
基于普通感应发电机的定速风电机组，一般由风轮、轴系（包括低速轴LS、高速轴HS和齿轮箱组成）、感应发电机组等组成，如图1所示。发电机转子通过轴系与风电机组风轮连接，而发电机定子回路与电网用交流线路连接。这种类型的风电机组一旦起动，其风轮转速是不变的（取决于电网的系统频率），与风速无关。在电力系统正常运行的情况下，风轮转速随感应发电机的滑差变化。风电机组在额定功率运行状态下，发电机滑差的变化范围为1%~2%，因此正常运行时风轮转速仅在很小范围内变化。
图 1：基于普通感应发电机的定速风电机组
二、工作原理：
风电机组通过三叶片风轮将风能转换成机械能，风能输出的机械功率为：
注释：
根据不同的取值，可得到的曲线如图2所示，从图中可以看出，对应某一确定的浆距角，有一极大值存在，也就是说，当风力机运行时不能保证在所有的风速下都能够产生最大的功率输出。的理论最大值为0.593，这就是著名的Betz极限。
图2：关系曲线
图 3：风电机组功率特性
定速风电机组的风轮从风中获取机械能，然后通过齿轮轴系传递给感应发电机，感应发电机再把机械能转换成电能，输送到电网中。感应发电机向电网提供有功功率，同时从电网吸收无功功率用来励磁。因为这种类型的感应发电机无法控制无功功率，所以利用无功补偿器来改善风电机组的功率因数，降低机组从电网中吸收的总的无功功率。现代定速风电机组的风轮转速为15~20r/min，发电机转子的同步转速与电网频率对应。
定速风电机组可以采用定浆距控制，也可以采用叶片角控制。其中，定浆距控制风电机组为被动失速控制，它将叶片以固定浆距角用螺栓固定在轮毂上，在给定风速下，风电机组风轮开始失速，失速条件始于叶片根部，并随着风速加大逐渐发展到全部叶片长度。这种失速控制方式成本低廉，但是低风速下风电机组发电效率较低。而叶片角控制定速风电机组为采用负浆距角的主动失速控制方式。主动失速设置为在风速低于额定风速时优化处理，在风速超过额定风速时限制出力为额定功率。这种主动失速控制方式能够提高风电机组的发电效率。
三、仿真模块：
Three-Phase Source【三相电源模块】
Three-Phase Transformer(Two Windings)【三相双绕组变压器模块】
Three-Phase Fault【三相故障模块】
Three-Phase PI Section Line【三相π型等值电路模块】
Three-Phase V-I Measurement【三相电压电流测量元件模块---模拟母线】
Wind Turbine Induction Generator(Phasor Type)【风电机组模块】
Goto【跳转模块】
Constant【常数系数模块】
From Workspace【从工作空间中输入数据模块】
Bus Selector【总线选择器模块】
Abs【求取绝对值模块】
Scope【观测仪模块】
Powergui【电力图形用户分析界面模块】
四、模型仿真：
一台单机容量为1.5MW的定速风电机组经过升压，通过长度为100km、电抗为的架空输电线路与外部系统相连。参考MATLAB中风电机组模型建立如图3所示单机无穷大电源的仿真系统。图4为定速风电机组子系统结构（右键单击风电机组模块Wind Turbine，然后选中下拉列表中的“Look under mask”选项，打开后可见定速风电机组子系统结构）。
图 4：单机无穷大电源的仿真系统
图 5：定速风电机组子系统结构
1、参数设置
★【Three-Phase Source】
★【Three-Phase Transformer(Two Windings)】
★【Three-Phase Fault】
①电网正常运行时，Three-Phase Fault模块不用设置，即为默认，如下左图。
②电网故障运行时，参数设置如下右图：
★【Three-Phase PI Section Line】
★【Three-Phase V-I Measurement】
★【Wind Turbine Induction Generator(Phasor Type)】
★【Goto】
★【Constant】
★【From Workspace】
★【Bus Selector】
★【Abs】
★【Scope】
★【Powergui】
★【Simulation Configuration Parameters】
2、风电机组输出特性仿真
在仿真时，由于需要风电场在某段时间内的风速数值，于是参考相关文献[1]，并运用MATLAB模拟出阵风、渐变风时的风速，下面将详细介绍：
①当输入为阵风时：
由于之前已经设置好参数及相关命令，在此，可以直接仿真，得到如下结果
②当输入为渐变风时：
得到如下结果：
由仿真曲线可以看出，风电机组机端电压、输出有功功率和无功功率以及风电机组转子转速都随其输入风速的变化而变化。由于定速风电机组采用感应发电机，因此其在输出有功功率的同时，要从电网中吸收无功功率。
3、电网故障时风电机组输出特性仿真
利用模型中的三相故障模块设置电网在0.02S时刻发生三相短路故障，到0.1S时故障消失，仿真起始时间设置为0，终止时间设置为1S。
当输入风为基本风（恒风速）时：
得到如下结果：
从仿真曲线可以看出，电网故障时定速风电机组的感应发电机要从电网中吸收大量的无功功率，以维持机端电压。
五、仿真总结
通过学习MATLAB在风里发电系统当中的应用——定速风电机组的仿真，我们了解了风力发电系统的仿真的模型，并且对各个模块和仿真的元件有了大概的了解。通过此次的仿真，我们了解了仿真的过程，对于风电机组每个阶段的输出特性，以及故障发生的输出特性都有了一个了解。在此次仿真的过程中，我们小组成员一起学习，一起仿真，共同解决仿真中出现的问题，总的来说，我们受益颇丰。
基于模糊控制的风机电动变桨距系统仿真
和风向一定时， 和Ｊ为定值。如果增大攻角ｉ，升
力系数ｃ 将增大，升阻比ｃ ／ｃ。也将增大，由式９
可知，扭矩系数ｃ 也会增大。
又由式２、式３和式７可以得到：
１ １ 寺Ｐｃ 。ＡＵｔｏｚ寺ｌ０７ｒｃＰＲ Ｖ。 （１ｏ）
所以有：
ＣＰ—Ｃｍ 一 。 （１１） Ｖ 式中， 。为尖速比。
由式１１可见，Ｃ 正比于Ｃ ，当攻角ｉ增大，风
能利用系数Ｃ 增大；反之当攻角ｉ减小时，风能利
用系数Ｃ 减小。由式３分析，当风速和风力机负
载一定时，当攻角ｉ增大，Ｃ 值增大，风力机转速增
大；反之，当攻角ｉ减小，Ｃ 值减小，风力机转速减
小。
再由式５知，工＝＝＝ ＋ ，当ｉ增大，ｐ将减小；如果
ｉ减小， 将增大。为了直观起见，通常用桨距角
来说明上面的关系，即当安装角 增大，风力机速度
下降；当桨距角｜８减小，风力机速增加。
又定义桨距为
Ｈ一２￣ｒｔａｎ （１２）
所以通过改变风力桨距角 就改变了桨距Ｈ，
就可以改变风力机的转速ｔＯ，这就是风力机变桨距
调节的原理。
２电动变桨距系统
变桨距机构就是依据接近或超过额定风速的变
化随时调节桨距角，控制吸收机械能，一方面可保证
获取最大的能量，同时减少风对风力机的冲击。在
并网过程中，变桨距控制还可实现快速无冲击并网。
变桨距控制系统与变速恒频技术结合，可提高整个
风力发电系统的发电效率和电能质量。
电动变桨距系统采用３个桨叶分别带有独立的
电动变桨距系统，包括回转支撑、减速装置、伺服电
动机及其驱动器等。减速装置固定在轮毂内，回转
支撑的内环安装在叶片上，叶片轴承的外环则固定
在轮毂上。当电驱动变桨距系统上电后，伺服电动
机带动减速装置的输出轴小齿轮旋转，而小齿轮又
与回转支撑的内环齿轮相啮合，从而带动回转支撑
的内环与叶片一起旋转，实现了改变桨距角的目的，
从而完成了完整的定位和同步控制 ］。
每个桨叶采用一个带位置反馈的伺服电动机进
行单独调节，绝对编码器采用光电编码器，安装在伺
基于WD750风电机组低电压穿越的技术控制
基于WD750风电机组低电压穿越的技术控制
苏建军;孙树敏;柳拉勋;张海龙;辛征;程艳;李广磊;于芃
【期刊名称】《微电机》
【年(卷),期】2016(049)003
【摘 要】针对不具备低电压穿越的WD750定速风电机组,提出了采用全功率背靠背变流器的技术控制:机侧变流器稳定定子电压,网侧变流器稳定直流母线电压且对有功和无功解耦控制,使其具备了低电压穿越功能;有效降低电机起动过程中的励磁电流冲击,且机组可以实现无功补偿.在Matlab/Simulink中建立了750 kW风电机组仿真模型,并对整改后的机组进行了现场测试验证.
【总页数】5页(P49-52,82)
【作 者】苏建军;孙树敏;柳拉勋;张海龙;辛征;程艳;李广磊;于芃
【作者单位】国网山东省电力公司电力科学研究院,济南250002;国网山东省电力公司电力科学研究院,济南250002;山东大学,济南250100;西安许继电力电子技术有限公司,西安710075;西安许继电力电子技术有限公司,西安710075;山东大学,济南250100;国网山东省电力公司电力科学研究院,济南250002;国网山东省电力公司电力科学研究院,济南250002;国网山东省电力公司电力科学研究院,济南250002
【正文语种】中 文
【中图分类】TM315
【相关文献】 1.基于超级电容的永磁直驱风电机组低电压穿越控制研究 [J], 朱少斌;李少纲
2.基于STATCOM的DFIG风电机组低电压穿越策略研究 [J], 吴彦廷
3.基于可调整电阻Crowbar电路的双馈风电机组\r低电压穿越方法 [J], 高昕;孙圣凯
4.基于耗能型Crowbar的风电机组低电压穿越能力研究 [J], 牛进才; 王正创; 唐瑞华; 丁为民
5.基于MMC的风电机组低电压穿越测试装置控制策略研究 [J], 刘正富;王朋;郭敬梅;赵伟;朱良合;区文俊;苏雷涛;吴小可
基于Matlab_Simulink的永磁直驱风力发电机组建模和仿真研究-2
基于Matlab_Simulink的永磁直驱风⼒发电机组建模和仿真研究-2
发电机参数：极对数42；d 轴电抗1.704mL ；q
轴电抗1.216mL ；转⼦磁通4.7442Wb ；转动惯量11258J 。
PI 参数：⽹侧电流内环d 轴（1.5、1），q 轴
（0.5、37）；⽹侧功率外环（0.0002、0.05）
；直流侧电压（2、120）；机侧电流内环d 轴（-3、-24），q 轴（-3、-80）
；机侧功率外环（-3、-60）
。本仿真中风速由6m/s 变化到9m/s ，最后变化
到12m/s 。在最⼤风能捕获控制情况下，随着风速的变化，转⼦转速不断调整，
以保持最佳叶尖速⽐，从⽽达到最⼤风能利⽤，图8为风速、转⼦转速、机械和电磁转矩变化曲线。
机侧电压电流变化如图9所⽰，在最⼤风能捕获模式下，电压和电流频率随着风速的增⼤⽽增
⼤，电压幅值从260V 变化到400V 、540V ，电流幅值变化为380A 、850A 、1500A 。
电⽹侧及直流侧电压电流变化如图10所⽰，电⽹电压保持恒定，
电流幅值随着风速的增⼤⽽增⼤变化范围为：168A 、580A 、1290A 。直流侧电压在风速突变时有⼀个充
电过程，电压升⾼，最⾼达到1320V ，经过⼤约0.1s
的暂态过程后恢复到额定值1200V 。
永磁直驱发电机输⼊电⽹有功及⽆功功率如
图11所⽰，有功功率随着风速的升⾼⽽不断变化，最后维持在1.1MW ，⽆功功率基本保持为零，
波动幅值为5kW 。实际输出有功功率与参考功率的⽐较如图12所⽰，在风速突变后参考功率⼤于实际输出功率，经过⼤约0.1s 的暂态过程后基本吻合。
永磁直驱发电系统机侧及⽹侧电压电流的d 、q 轴分量的变化如图13、14所⽰。机侧电压d 、q 轴分量随着风速变化⽽变化，机侧电流采⽤零d 轴控制策略，所以d 轴分量维持为零，q 轴分量反映功率的变
化。⽹侧电压保持恒定，因为⽆功参考值为零，
所以图11输⼊电⽹有功及⽆功功率Fig.11Active and reactive power input to
基于MATLAB的风力发电系统仿真研究 案例范本
基于MATLAB的风力发电系统仿真研究 案例范本
摘要：本文基于MATLAB对风力发电系统进行了仿真研究，建立了风力发电机组模型、风能转换模型和电网模型，并进行了系统级联仿真。通过仿真结果分析，得出了风速、风轮转速、发电机转速、输出电压和电流等参数的变化规律，为风力发电系统的设计和优化提供了参考。
关键词：MATLAB；风力发电系统；仿真研究；模型建立；系统级联仿真
Abstract: This paper conducts a simulation study on wind power
generation system based on MATLAB, and establishes the models of
wind turbine generator, wind energy conversion and power grid, and
conducts system-level cascading simulation. Through the analysis of
simulation results, the variation laws of wind speed, wind wheel speed,
generator speed, output voltage and current and other parameters
are obtained, which provides a reference for the design and
optimization of wind power generation system.
Keywords: MATLAB; wind power generation system; simulation study;
model establishment; system-level cascading simulation
PSCAD风机和风电场建模教程
PSCAD
电力系统仿真
——从风机到风电场建模
目录
A局部：引言 ...............................................................................................................................- 2 -
1.介绍....................................................................................................................................- 2 -
2.PSCAD部件 ........................................................................................................................- 2 -
3.仿真建模构造 ....................................................................................................................- 3 -
4.仿真执行 ............................................................................................................................- 3 -
B局部：建模 ...............................................................................................................................- 4 -
双馈型风电机组传动链降载控制技术研究与仿真
双馈型风电机组传动链降载控制技术研究与仿真
刘河生;雷航;张瑞刚
【期刊名称】《热力发电》
【年(卷),期】2024(53)3
【摘 要】为定量研究双馈型风力发电机组传动链的扭振控制,提出了一种基于卡尔曼滤波的反馈控制策略,并通过仿真计算的方式对比了传动链扭振的控制效果。以7.0 MW双馈型风力发电机组传动链为研究对象,采用卡尔曼滤波估计传动链扭振角度,并以低速轴扭振速度估计值为参考设计了发电机附加电磁转矩作用于风电机组转矩控制,与虚拟阻尼控制、无阻尼控制进行了20年全生命周期内的载荷与发电量计算对比。结果表明:经过卡尔曼滤波估计的低速轴扭角与实际值的相关性可以达到0.99;基于卡尔曼滤波的反馈控制分别与虚拟阻尼控制、无阻尼控制的关键差异为,传动链低速轴等效疲劳载荷分别降低2.11%、4.89%,传动链高速轴等效疲劳载荷分别降低1.99%、4.78%,发电量分别降低200、700 k W·h。卡尔曼滤波对传动链扭角估计较准确,且以卡尔曼滤波估计得到的低速轴扭振速度设计的附加电磁转矩对传动链扭振具有非常好的抑制效果。
【总页数】8页(P34-41)
【作 者】刘河生;雷航;张瑞刚
【作者单位】西安热工研究院有限公司
【正文语种】中 文
【中图分类】TM6 【相关文献】
1.双馈风电机组控制策略及传动链加阻研究2.双馈式异步风电发电机组出力特性仿真研究3.变桨距型双馈风电机组并网控制及建模仿真4.基于模型降阶的双馈风电机组虚拟同步机控制参数优化5.基于状态反馈的双馈风电机组传动链动态扭转载荷控制
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双馈感应风电机组建模控制仿真
双馈感应风电机组建模控制仿真
张帆;李国庆;张宇阳;张万林
【摘 要】The insight of the dynamic behaviors of doubly-fed induction
generator（DFIG） is of great important due to the generator are widely
utilized.Base on a 9th-order model of DFIG wind turbine system,limit
speed with pitch angle control strategy is used for wind prime mover part
and space vector with stator flux oriented control strategy is used for the
electrical part.Aim at the study of the DFIG response to the power system
regular control,step-up wind variations and grid fault（LVRT Ability）.The
results of the simulation using DIgSILENT suggest that the modeling and
the control strategy presented in the paper is accurate and valid.%随着双馈感应风力发电机的广泛应用,精确了解DFIG的静态及动态特性尤为重要。在深入研究DFIG内部结构的基础上,建立了DFIG发电机的9阶数学模型。并在风力机动力部分采用桨距角限速控制策略,在发电机电气部分采用定子磁链定向的矢量控制策略。分别针对DFIG对调度变化的响应,对阶越风速变化的响应以及对电网故障的响应（低电压穿越能力）三方面做了系统的理论研究。在DIgSILENT仿真软件中进行了仿真和验证,仿真结果表明了DFIG风机建模以及所采用控制策略的有效性,适用于大型DFIG风力发电机组,为DFIG风机的进一步研究打下基础。
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编辑整理：
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本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快 业绩进步，以下为PSCAD风机和风电场建模教程的全部内容。
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电力系统仿真
——从风机到风电场建模 PSCAD风机和风电场建模教程
- 1 -
目录
A部分：引言 ....................................................................................................... - 2 -
1。介绍 ......................................................................................................... - 2 -
2.PSCAD部件 ................................................................................................ - 3 -
3.仿真建模结构 ............................................................................................ - 4 -
4.仿真执行 .................................................................................................... - 5 -
不同风电机组的频率响应特性仿真分析
不同风电机组的频率响应特性仿真分析
为了满足能源需求持续增长的要求，风电发电作为清洁能源之一蓬勃发展。而风电机组的频率响应特性对于电力系统的稳定性和可靠性具有重要意义。
风电机组的频率响应特性涉及到机组的动态响应能力和系统中稳态频率较小扰动的损失控制。因此，仿真分析不同风电机组的频率响应特性具有一定的理论和实际意义。下面分别分析不同型号的风电机组的频率响应特性。
一、变转速风电机组
变转速风电机组是常见的一种机组类型。其特点是机组转速可以根据风速变化而调整，从而最大限度地利用风能。在频率响应方面，变转速风电机组具有较好的动态响应能力，可以有效地跟踪电力系统频率。同时，由于其对系统扰动响应能力的提高，可以有效地防止过大的稳态频率扰动。
以某一兆瓦级变转速风电机组为例，对其进行仿真分析。通过Matlab/Simulink软件建立了机组与电网的模型，引入框架内重复单位阻抗模型（RUI模型）模拟电力系统的负载模型并模拟电力系统发生负载抖动时的响应。
在进行仿真分析时，采用了加速响应方式，使风电机组响应时间缩短，同时仿真时间也缩短了。从仿真结果来看，当系统发生频率扰动时，该变转速风电机组可以及时响应并且提供给系统足够的功能补偿，有效地缓解了系统频率扰动。
二、定转速风电机组
与变转速风电机组相对应的是定转速风电机组。定转速风电机组的转速通常设置为固定值，这样可以提高电力系统的稳定性。在通过仿真分析定转速风电机组时，将转速固定，再对机组的响应能力进行分析。
以一兆瓦级的定转速风电机组为例，通过Matlab软件建立机组与电网的模型，建立定速控制回路，并引入重复单位阻抗模型。通过仿真分析，人们可以发现，该定转速风电机组的响应较为迅速。即使在发生频率扰动的情况下，风电机组也可以快速响应，并有效地保持稳定。但是，与变转速风电机组相比，定转速风电机组对系统扰动的响应能力较弱。
三、双馈变流风电机组
双馈变流风电机组具有较好的功率控制特性和响应能力。其控制器可以有效地实现对机组无刷直流电机转速和转矩的控制，从而提高了机组的响应能力以及功率逆变器的运行效率。在电网频率发生变化时，双馈变流风电机组还可以实现主-从模式的转换，提供足够的往返功率，确保了系统的稳定性。
双馈感应风电机组建模控制仿真 2
第３１卷第４期
２０１１年８月 东北电力大学学报
Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｄｉａｎｌｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏ１．３１，Ｎｏ．４
Ａｕｇ．，２０１Ｉ
文章编号：１００５—２９９２（２０１ １）０４—００８０—０６
双馈感应风电机组建模控制仿真
张 帆 ，李国庆 ，张宇阳 ，张万林２
（１．东北电力大学电气工程学院，吉林吉林１３２０１２；２．吉林市供电公司，吉林吉林１３２０１１）
摘 要：随着双馈感应风力发电机的广泛应用，精确了解ＤＦＩＧ的静态及动态特性尤为重要。在深 入研究ＤＦＩＧ内部结构的基础上，建立了ＤＦＩＧ发电机的９阶数学模型。并在风力机动力部分采用桨距 角限速控制策略，在发电机电气部分采用定子磁链定向的矢量控制策略。分别针对ＤＦＩＧ对调度变化的 响应，对阶越风速变化的响应以及对电网故障的响应（低电压穿越能力）三方面做了系统的理论研究。 在ＤＩｇＳＩＬＥＮＴ仿真软件中进行了仿真和验证，仿真结果表明了ＤＦＩＧ风机建模以及所采用控制策略的有 效性，适用于大型ＤＦＩＧ风力发电机组，为ＤＦＩＧ风机的进一步研究打下基础。 关键词：双馈感应；数学建模；控制策略；低电压穿越 中图分类号：ＴＭ ７４３ 文献标识码：Ａ
随着风力发电技术的发展，双馈风电机组逐步成为兆瓦级风力发电机组的主力机型，双馈风电机组
与传统定速风电机组相比有显著的优越性：通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位，从而实现转 速的调节；可在很宽的风速范围内保持最佳叶尖速比，进而实现风能最大转换效率；可以采用一定的控 制策略灵活调节系统的有功、无功功率，减少损耗，提高系统效率¨ 。励磁技术和桨距调节技术的结
合，构成了变速恒频风力发电控制系统。结构与性能的特性对ＤＦＩＧ风机的控制提出了更高的要求，性 能优良的控制策略是提高风能利用效率及电能质量的可靠保证 Ｉ。文献［４］采用气隙磁场定向的控制
策略，实现了定子端口有功和无功的解耦，然而在实际系统中准确定向气隙磁场并不容易，这增加了控 制系统的复杂性。文献 采用直接功率控制，研究结果表明系统具有很好的鲁棒性，然而由于采用滞 环比较器，导致励磁控制器的调节对发电机及其系统的冲击较大。本文采用定子磁链定向的控制策略，