Этот пример показывает ветровую электростанцию на 9 МВт с помощью средней модели Вдвойне-федерального генератора индукции (DFIG), управляемого ветряным двигателем.
Ришар Ганьон (Hydro-Quebec)
В зависимости от области значений частот, которые будут представлены, три метода симуляции в настоящее время доступны в Специализированных Энергосистемах для основанных на модели VSC энергетических систем преобразования, соединенных на энергосистемах.
Подробная модель (дискретная), такая как та, представлена в power_wind_dfig_det модели в библиотеке Возобновляемой энергии в качестве примера. Подробная модель включает подробное представление степени электронные конвертеры IGBT. Для того, чтобы достигнуть приемлемой точности с 1 620 Гц и 2 700 Гц, переключающими частоты, используемые в этом примере, модель должна быть дискретизирована на относительно маленьком временном шаге (5 микросекунд). Эта модель хорошо подходит для наблюдения гармоник и динамических характеристик системы управления за относительно короткие периоды времен (обычно сотни миллисекунд к одной секунде).
Средняя модель (дискретная), такая как та, представлена в этом примере. В этом типе модели Полученные напряжением конвертеры (VSC) IGBT представлены эквивалентными источниками напряжения, генерирующими напряжение переменного тока, усредненное по одному циклу переключающейся частоты. Эта модель не представляет гармоники, но динамика, следующая из системы управления и взаимодействия энергосистемы, сохраняется. Эта модель позволяет использовать намного большие временные шаги (обычно 50 микросекунд), таким образом позволяя симуляции нескольких секунд.
Модель фазовращателя (непрерывная), такая как та, представлена в "power_wind_dfig" модели в библиотеке Возобновляемой энергии в качестве примера. Эта модель лучше адаптируется, чтобы симулировать низкую частоту электромеханические колебания за длительные периоды времени (десятки секунд к минутам). В методе симуляции фазовращателя синусоидальные напряжения и токи заменяются количествами фазовращателя (комплексные числа) на системной частоте номинала (50 Гц, или 60 Гц).This является тем же методом, который используется в переходном программном обеспечении устойчивости.
Ветровая электростанция на 9 МВт, состоящая из шести ветряных двигателей на 1,5 МВт, соединенных с системой распределения на 25 кВ, экспортирует степень в сетку на 120 кВ через 30 км, фидер на 25 кВ.
Ветряные двигатели с помощью вдвойне питаемого генератора индукции (DFIG) состоят из генератора индукции ротора раны и AC/DC/AC основанный на IGBT конвертер PWM, смоделированный источниками напряжения. Обмотка статора соединяется непосредственно с сеткой на 60 Гц, в то время как ротор питается в переменной частоте через конвертер AC/DC/AC. Технология DFIG позволяет извлекать максимальную энергию из ветра для низких скоростей ветра путем оптимизации турбинной скорости при минимизации механических усилий на турбине во время порывов ветра.
В этом примере скорость ветра обеспечена постоянная на уровне 15 м/с. Система управления использует контроллер крутящего момента для того, чтобы обеспечить скорость в 1.2 pu. Реактивная энергия, произведенная ветряным двигателем, отрегулирована в 0 Mvar.
Щелкните правой кнопкой по блоку "DFIG Wind Turbine" и выберите "Look Under Mask", чтобы видеть, как модель создана. Шаг расчета раньше дискретизировал модель (Ts = 50 микросекунд) задан в функции Инициализации Model Properties.
Откройте меню блока "DFIG Wind Turbine", чтобы видеть данные генератора, конвертера, турбины, диск обучаются и системы управления. В Меню отображения выбирают характеристики степени ветряного двигателя отображения "Проверки "Turbine data for 1 wind turbine"" и затем нажимают Apply. Турбинные кривые CP отображены в рисунке 1. Турбинная степень, lambda отношения скорости совета и значения CP отображены в рисунке 2 как функция скорости ветра. Для скорости ветра 15 м/с турбинная выходная мощность является 1 pu своей номинальной мощности, угол подачи составляет 8,7 градусов, и скорость генератора является 1.2 pu.
В этом примере вы будете наблюдать установившуюся операцию DFIG и его динамический ответ на перекос напряжения, следующий из удаленного отказа в системе на 120 кВ. Откройте блок "на 120 кВ", моделируя источник напряжения и смотрите, как 0,5 pu падения напряжения с шестью циклами запрограммированы в t=0.03 s
Запустите симуляцию. Наблюдайте напряжение и формы тока на блоке Scope. При симуляции запускаются, "xInitial" переменная, содержащая переменные начального состояния, автоматически загружается (из "power_wind_dfig_avg.mat" файла, заданного в Model Properties) так, чтобы симуляция запустилась в устойчивом состоянии.
Первоначально ветровая электростанция DFIG производит 9 МВт. Соответствующая турбинная скорость является 1.2 pu генератора синхронная скорость. Напряжение постоянного тока отрегулировано на уровне 1 150 В, и реактивная мощность сохранена в 0 Mvar. В t=0.03 s напряжение положительной последовательности внезапно спадает до 0.5 p.u. порождение колебания на напряжении на шине DC и на выходной мощности DFIG. Во время перекоса напряжения система управления пытается отрегулировать напряжение постоянного тока и реактивную мощность на их заданных значениях (1 150 В, 0 Mvar). Система восстанавливается приблизительно в 4 циклах.
Дважды щелкните по синему блоку, названному, "Показывают Подробные и Средние Результаты симуляции". Фигура открывает сравнение показа фазы напряжение на терминалах DFIG, напряжение ссылки DC, активные и реактивные мощности и скорость для подробной модели и средней модели. Заметьте, что эти две модели находятся в хорошем соглашении. Средняя модель представляет правильно низкочастотное управление и колебания энергосистемы, произведенные перекосом напряжения, но формы волны напряжения не показывают высокочастотные гармоники, произведенные переключением PWM этих двух конвертеров.
Этим примером является настройка со всеми состояниями, инициализированными так, чтобы симуляция запустилась в установившемся. В противном случае из-за долговременных констант электромеханической части модели ветряного двигателя и к ее относительно медленным регуляторам необходимо было бы ожидать в течение десятков секунд прежде, чем достигнуть установившийся. Начальные условия были сохранены в "power_wind_dfig_avg.mat" файле. Когда вы запускаете симуляцию, коллбэк InitFcn (в Свойствах/Коллбэках Модели) автоматически загружает в вашу рабочую область содержимое этого .mat файла ("xInitial" переменная, заданная в параметре "начального состояния" в меню Simulation/Configuration Parameters).
Если вы измените эту модель или измените значения параметров компонентов степени, начальные условия, сохраненные в "xInitial" переменной, больше не будут допустимы, и Simulink® выдаст ошибку сообщение. Чтобы регенерировать начальные условия для вашей модифицированной модели, выполните описанные ниже шаги:
1. В меню Simulation/Configuration Parameters снимите флажок с параметром "начального состояния".
2. В Трехфазном меню Voltage Source на 120 кВ отключите исходный шаг напряжения путем установки "Изменения времени" параметра ни к "одному".
3. Для того, чтобы сократить время, требуемое достигнуть установившийся, временно уменьшить инерцию группы турбинного генератора. Откройте меню DFIG Wind Turbine, и в Диске обучают данные и данные о Генераторе, делят константы инерции H на 10.
4. Измените Время остановки Симуляции в 5 секунд. Обратите внимание на то, что для того, чтобы сгенерировать начальные условия, когерентные с исходными углами фазы напряжения на 60 Гц, Время остановки должно быть целым числом циклов на 60 Гц.
5. Измените режим симуляции с "нормального" на "акселератор".
6. Запустите симуляцию. Когда Симуляция завершается, проверьте, что устойчивое состояние было достигнуто путем рассмотрения форм волны, отображенных на блоке Scope. Конечные состояния, которые были сохранены в "xFinal" структуре со временем, могут использоваться в качестве начальных состояний для будущих симуляций. Выполнение следующих двух команд копирует эти итоговые условия в "xInitial" и сохраняет эту переменную в новом файле (myModel_init.mat).
>> xInitial=xFinal;
>> save myModel_init xInitial
7. В окне File/Model Properties/Callbacks/InitFcn замените первую линию команд инициализации с "загрузкой myModel_init". В следующий раз, когда вы запускаете симуляцию с этой модели, переменная xInitial сохраненный в myModel_init.mat файле загрузится в вашей рабочей области.
8. В меню Simulation/Configuration Parameters проверяйте "начальное состояние".
9. В Генераторе Ветряного двигателя и Диске обучают данные, сбрасывают константы инерции H назад к их исходным значениям.
10. Запустите симуляцию и проверьте, что ваша модель запускается в установившемся.
11. В Трехфазном исходном меню напряжения на 120 кВ, набор "Изменение времени" параметра назад к "Амплитуде".
12. Измените Режим Времени остановки и Симуляции Симуляции назад в их исходные значения (0,2 секунды, Нормальные).
13. Сохраните свою модель.