Этот пример показывает симуляцию фазовращателя ветровой электростанции на 9 МВт с помощью Вдвойне-федерального генератора индукции (DFIG), управляемого ветряным двигателем.
Ришар Ганьон, Бернард Солнир, Ален Форсион (Hydro-Quebec)
Примечание: Этот пример использует типовую модель ветряного двигателя DFIG. Модель полезна для образования и научных работ.
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. 2300 В, объект 2-MVA, состоящий из моторной загрузки (асинхронный двигатель на 1,68 МВт на уровне 0,93 ПФ) и активной нагрузки на 200 кВт, соединяются на том же фидере в шине B25. И ветряной двигатель и моторная загрузка имеют контрольное напряжение системы защиты, текущее и скорость машины. Напряжение ссылки DC DFIG также проверено.
Ветряные двигатели используют вдвойне питаемый генератор индукции (DFIG), состоящий из генератора индукции ротора раны и AC/DC/AC основанный на IGBT конвертер PWM. 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. Оптимальная турбинная скорость, производящая максимальную механическую энергию для данной скорости ветра, пропорциональна скорости ветра. Для скоростей ветра ниже, чем 10 м/с ротор запускается на подсинхронной скорости. На скорости сильного ветра это запускается на гиперсинхронной скорости. Откройте турбинное меню, выберите "Turbine data" и проверку "Характеристики степени ветряного двигателя отображения". Турбинная механическая энергия как функция турбинной скорости отображена для скоростей ветра в пределах от 5 м/с к 16,2 м/с, DFIG управляют для того, чтобы следовать за красной кривой. Турбинная оптимизация скорости получена между точкой B и точкой C на этой кривой. Другим преимуществом технологии DFIG является способность к степени электронные конвертеры, чтобы сгенерировать или поглотить реактивную мощность, таким образом избавляя от необходимости установку батарей конденсаторов как в случае генераторов индукции клетки белки.
Модель ветряного двигателя является моделью фазовращателя, которая позволяет переходные исследования типа устойчивости с длинными временами симуляции. В этом примере система наблюдается в течение 50 с.
Откройте меню блока ветряного двигателя и посмотрите на четыре набора параметров, заданных для турбины, генератора и конвертеров (сторона сетки и сторона ротора). Ферма с 6 ветряными двигателями симулирована одним блоком ветряного двигателя путем умножения следующих трех параметров шесть, можно следующим образом:
1. Номинальное механическое устройство ветряного двигателя выход: 6*1.5e6 ватты, заданные в меню данных Turbine
2. Номинальная мощность генератора: 6*1.5/0.9 MVA (6*1.5 МВт на уровне 0,9 ПФ), заданный в меню данных Generator
3. Номинальный DC соединяет шиной конденсатор: 6*10000 микрофарад, заданных в меню данных Converters
Кроме того, заметьте в меню параметров Управления, что "Режим работы" установлен в "регулирование Напряжения". Терминальным напряжением будут управлять к значению, наложенному ссылочным напряжением (Vref = 1 pu) и свисание напряжения (Xs = 0.02 pu).
1. Турбинный ответ на изменение в скорости ветра
Откройте "блок шага" Скорости Ветра, задающий скорость ветра. Первоначально, скорость ветра установлена на уровне 8 м/с, затем в t = 5 с, скорость ветра внезапно увеличивается на уровне 14 м/с. Запустите симуляцию и наблюдайте сигналы относительно осциллографа "Ветряного двигателя", контролирующего напряжение ветряного двигателя, текущие, сгенерированные активные и реактивные мощности, напряжение на шине DC и турбинную скорость. В t = 5 с, произведенная активная энергия начинает увеличиваться гладко (вместе с турбинной скоростью), чтобы достигнуть ее номинального значения 9 МВт приблизительно в 15 с. За тот период времени турбинная скорость увеличится с 0.8 pu до 1.21 pu. Первоначально, угол подачи турбинных лопаток является нулевой степенью, и турбинная рабочая точка следует, красная кривая турбины включают характеристики к точке D. Затем угол подачи увеличен с 0 градусов до 0,76 градусов для того, чтобы ограничить механическую энергию. Наблюдайте также напряжение и произведенную реактивную энергию. Реактивной мощностью управляют, чтобы обеспечить 1 pu напряжение. В номинальной степени ветряной двигатель поглощает 0.68 Mvar (сгенерировал Q =-0.68 Mvar) управлять напряжением в 1pu. Если вы измените режим работы в "Регулирование Var" с "Произведенной реактивной энергией Qref", обнуленный, вы заметите, что напряжение увеличивается до 1.021 pu, когда ветряной двигатель производит свою номинальную энергию в коэффициенте мощности единицы.
2. Симуляция напряжения оседает в системе на 120 кВ
Вы будете теперь наблюдать удар перекоса напряжения, следующего из удаленного отказа в системе на 120 кВ. Во-первых, в блоке шага скорости ветра, отключите шаг скорости ветра путем изменения Окончательного значения с 14 до 8 м/с. Затем откройте исходное меню напряжения на 120 кВ. В параметре "Изменение времени", выбирают "Amplitude". 0,15 pu падения напряжения, длящиеся 0,5 с, запрограммированы, чтобы произойти в t = 5 с. Убедитесь, что режим управления находится все еще в регулировании Var с Qref = 0. Запустите симуляцию и откройте осциллограф "Сетки". Наблюдайте напряжение объекта и текущий, а также частота вращения двигателя. Обратите внимание на то, что ветровая электростанция производит 1,87 МВт. В t = 5 с, напряжение падает ниже 0.9 pu и в t = 5,22 с, система защиты смещается объект, потому что пониженное напряжение, длящееся больше чем 0,2 с, было обнаружено (посмотрите на настройки защиты и состояние в подсистеме "Объекта"). Текущие падения объекта, чтобы обнулить и частота вращения двигателя уменьшаются постепенно, в то время как ветровая электростанция продолжает генерировать на уровне мощности 1,87 МВт. После того, как объект сместился, 1,25 МВт степени (P_B25, измеренный в шине B25), экспортируется в сетку.
Теперь измените режим управления ветряного двигателя в "Регулирование напряжения" и повторите тест. Вы заметите, что объект больше не смещается. Это вызвано тем, что поддержка напряжения, оказанная 5 реактивной энергией Mvar, произведенной ветряными двигателями во время перекоса напряжения, сохраняет напряжение объекта выше 0,9 pu порогов защиты. Напряжение объекта во время перекоса напряжения является теперь 0.93 pu.
3. Симуляция отказа в системе на 25 кВ
Наконец, вы будете теперь наблюдать удар одной фазы к замыканию на землю, происходящей на линии на 25 кВ в шине B25. Сначала отключите шаг напряжения на 120 кВ. Теперь откройте меню блока "Fault" и выберите "Phase A Fault". Проверяйте, что отказ запрограммирован, чтобы применить однофазное с 9 циклами к замыканию на землю в t = 5 с.
Необходимо заметить, что, когда ветряной двигатель находится в режиме "Voltage regulation", напряжение положительной последовательности на терминалах ветряного двигателя (V1_B575) спадает до 0.8 pu во время отказа, который является выше порога защиты пониженного напряжения (0.75 pu для t> 0,1 с. Ветровая электростанция поэтому остается в обслуживании. Однако, если режим "Var regulation" используется с Qref = 0, падения напряжения под 0.7 pu и прохождениями защиты пониженного напряжения ветровая электростанция. Мы можем теперь заметить, что турбинная скорость увеличивается. В t = 40 с угол подачи начинает увеличиваться для того, чтобы ограничить скорость.
Этим примером является настройка со всеми состояниями, инициализированными так, чтобы симуляция запустилась в установившемся. Начальные условия были сохранены в "power_wind_dfig.mat" файле. Когда вы открываете эту модель, коллбэк InitFcn (в Свойствах/Коллбэках Модели) автоматически загружает в вашу рабочую область содержимое этого .mat файла ("xInitial" переменная).
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/Data Import/Export Parameters снимите флажок с параметром "начального состояния".
2. Двойной щелчок, который блок Step пометил "Wind Speed (m/s)" и временно отключи изменение скорости ветра путем умножения времени Шага на 100.
3. Дважды щелкните по блоку Breaker и убедитесь, что никакой отказ не применяется (Фаза A, флажки B и C, не установленные).
4. Дважды щелкните по исходному блоку напряжения на 120 кВ и убедитесь, что "Изменение времени" параметра не установлено ни в "Один".
5. Запустите симуляцию. Когда Симуляция завершается, проверьте, что устойчивое состояние было достигнуто путем рассмотрения форм волны, отображенных на осциллографах. Конечные состояния, которые были сохранены в "xFinal" массиве, 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
6. В окне File/Model Properties/Callbacks/InitFcn замените линию "xInitial = init_power_wind_dfig"; с "загрузкой myModel_init.mat". В следующий раз, когда вы открываете эту модель, переменная xInitial сохраненный в myModel_init.mat файле загрузится в вашей рабочей области.
7. В меню Simulation/Configuration Parameters проверяйте "начальное состояние".
8. Запустите симуляцию и проверьте, что ваша модель запускается в установившемся.
9. Двойной щелчок блок Step, пометил "Wind Speed (m/s)", и повторно включите изменение скорости ветра в t=5 s (удалите 100 коэффициентов умножения).
10. Сохраните свою модель.