Этот пример показывает симуляцию фазовращателя ветровой электростанции на 9 МВт с помощью Генераторов индукции (IG), управляемых ветряными двигателями переменной подачи.
Ришар Ганьон (Hydro-Quebec)
Ветровая электростанция, состоящая из шести ветряных двигателей на 1,5 МВт, соединяется со степенью экспорта системы распределения на 25 кВ к сетке на 120 кВ через 25-километровый 25 кВ фидер. Ветровая электростанция на 9 МВт симулирована тремя парами ветряных двигателей на 1,5 МВт. Ветряные двигатели используют генераторы индукции (IG) клетки белки. Обмотка статора соединяется непосредственно с сеткой на 60 Гц, и ротор управляется ветряным двигателем переменной подачи. Углом подачи управляют для того, чтобы ограничить выходную мощность генератора по ее номинальной стоимости для ветров, превышающих номинальную скорость (9 м/с). Для того, чтобы произвести энергию, скорость IG должна быть немного выше синхронной скорости. Скорость варьируется приблизительно между 1 pu ни при какой загрузке и 1.005 pu в предельной нагрузке. Каждый ветряной двигатель имеет контрольное напряжение системы защиты, текущее и скорость машины.
Реактивная мощность, поглощенная IGS, частично компенсируется батареями конденсаторов, соединенными в каждой шине низкого напряжения ветряного двигателя (400 kvar для каждой пары турбины на 1,5 МВт). Остальная часть реактивной мощности, требуемой обеспечить напряжение на 25 кВ в шине B25 близко к 1 pu, обеспечивается 3-Mvar STATCOM с 3%-й установкой свисания.
Откройте блок "Wind Farm" и взгляд "на Ветряной двигатель 1". Откройте турбинное меню и посмотрите на два набора параметров, заданных для турбины и генератора. Каждый блок ветряного двигателя представляет две турбины на 1,5 МВт. 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 4 м/с к 10 м/с. Номинальная скорость ветра, дающая к номинальной механической энергии (1pu=3 МВт), составляет 9 м/с. Модель ветряного двигателя и statcom модель (от библиотеки FACTS) являются моделями фазовращателя, которые позволяют переходные исследования типа устойчивости с длинными временами симуляции. В этом примере система наблюдается в течение 20 с.
Скорость ветра применилась к каждой турбине, управляется "Ветром 1", чтобы "Проветрить 3" блока. Первоначально, скорость ветра установлена на уровне 8 м/с, затем запускающихся в t=2s для "Ветряного двигателя 1", скорость ветра таранится к 11 м/с за 3 секунды. Тот же порыв ветра применяется к Турбине 2 и Турбине 3, соответственно с 2 секундами и задержками 4 секунд. Затем в t=15 s временный отказ применяется на терминалах низкого напряжения (575 В) "Ветряного двигателя 2".
Турбинный ответ на изменение в скорости ветра
Запустите симуляцию и наблюдайте сигналы относительно осциллографа "Ветряных двигателей", контролирующего активную и реактивную мощность, скорость генератора, скорость ветра и угол подачи для каждой турбины. Для каждой пары турбины произведенная активная энергия начинает увеличиваться гладко (вместе со скоростью ветра), чтобы достигнуть ее номинального значения 3 МВт приблизительно в 8 с. За тот период времени турбинная скорость увеличится с 1.0028 pu до 1.0047 pu. Первоначально, угол подачи турбинных лопаток является нулевой степенью. Когда выходная мощность превышает 3 МВт, угол подачи увеличен с 0 градусов до 8 градусов для того, чтобы возвратить выходную мощность ее номинальной стоимости. Заметьте, что поглощенная реактивная мощность увеличивается, как сгенерированная активная степень увеличивается. В номинальной степени каждая пара ветряного двигателя поглощает 1.47 Mvar. Для 11m/s скорости ветра общая экспортируемая степень, измеренная в шине B25, составляет 9 МВт, и statcom обеспечивает напряжение в 0.984 pu путем генерации 1.62 Mvar (см. "Шину B25" и осциллографы "Statcom").
Операция системы защиты
В t=15 s, фаза, чтобы поэтапно осуществить отказ применяется в ветряном двигателе 2 терминала, заставляя турбину сместиться в t=15.11 s. Если вы посмотрите в блоке "Wind Turbine Protections", то вы будете видеть, что прохождение инициировалось защитой Пониженного напряжения AC. После того, как турбина 2 сместилась, турбины 1 и 3 продолжают генерировать 3 МВт каждый.
Удар STATCOM
Вы будете теперь наблюдать удар "STATCOM". Во-первых, откройте меню блока "Three-Phase Fault" и отключите фазу, чтобы поэтапно осуществить отказ. Затем поместите "STATCOM" из сервиса путем двойного щелчка по блоку "Manual Switch", соединенному с входом "Trip" "STATCOM". Перезапустите симуляцию. Заметьте относительно "осциллографа" Шины B25, что из-за отсутствия поддержки реактивной мощности, напряжение в шине "B25" теперь спадает 0.91pu. Это условие низкого напряжения приводит к перегрузке IG "Ветряного двигателя 1". "Ветряной двигатель 1" смещен в t=13.43 s. Если вы посмотрите в блоке "Wind Turbine Protections", то вы будете видеть, что прохождение инициировалось защитой Сверхтока AC.
Этим примером является настройка со всеми состояниями, инициализированными так, чтобы симуляция запустилась в установившемся. Начальные условия были сохранены в "power_wind_ig.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. Откройте подсистему "Ветровой электростанции", и в Таймере блоки пометили "Wind1" и "Wind2", Wind3" временно отключают изменения скорости ветра путем умножения вектора "Времени (времен)" на 100.
3. В подсистеме "Ветровой электростанции", дважды щелкают по блоку "Three-Phase Fault" и отключают AB к замыканию на землю (отмена выбора "Фаза Отказ" и "Отказ Фазы B").
4. 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
5. В окне File/Model Properties/Callbacks/InitFcn замените первую линию команд инициализации с "загрузкой myModel_init". В следующий раз, когда вы открываете эту модель, переменная xInitial сохраненный в myModel_init.mat файле загрузится в вашей рабочей области.
6. В меню Simulation/Configuration Parameters проверяйте "начальное состояние".
7. Запустите симуляцию и проверьте, что ваша модель запускается в установившемся.
8. Откройте подсистему "Ветровой электростанции", и в Таймере блоки пометили "Wind1", "Wind2" и Wind3" повторно включают изменения скорости ветра соответственно t=2 s, t=4 s и t=6 s (удалите эти 100 коэффициентов умножения).
9. В подсистеме "Ветровой электростанции" повторно включите AB к замыканию на землю в блоке "Three-Phase Fault" (проверка "Фаза Отказ" и "Отказ Фазы B")
10. Сохраните свою модель.