Документация

Описание ветропарка

Пример, описанный в этом разделе, иллюстрирует применение программного обеспечения Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems для изучения установившейся и динамической эффективности ветряного двигателя мощностью 9 МВт, подключенного к распределительной системе.

Ветропарк состоит из шести ветряных турбин мощностью 1,5 МВт, подключенных к распределительной системе 25 кВ, экспортирующей степень в сетку 120 кВ через фидер на 30 км 25 кВ. 2300V, 2 МВА объект состоящий из нагрузки на двигатель (асинхронный двигатель мощностью 1,68 МВт при 0,93 ПФ) и сопротивления 200 кВт, соединяется с тем же фидером на шине B25. Нагрузка 500 кВт также подключена к шине 575 В ветропарка. Однолинейная схема этой системы проиллюстрирована на однолинейной схеме ветропарка, подключенного к распределительной системе.

Ветряной двигатель и нагрузка на двигатель имеют систему защиты, контролирующую напряжение, ток и скорость машины. Также контролируется постоянная ссылка напряжение DFIG. Ветряные турбины используют асинхронный генератор с двойным питанием (DFIG), состоящий из асинхронного генератора фазного ротора и IGBT-преобразователя переменного/постоянного тока/переменного тока. Обмотка статора соединяется непосредственно с сеткой 60 Гц, в то время как ротор питается с переменной частотой через преобразователь переменного/постоянного тока/переменного тока. Технология DFIG позволяет извлекать максимальную энергию от ветра при малых скоростях ветра путем оптимизации скорости турбины, при минимизации механических напряжений на турбине во время порывов ветра. Оптимальная скорость турбины, выдающая максимальную механическую энергию для заданной скорости ветра, пропорциональна скорости ветра. Другим преимуществом технологии DFIG является способность силовых электронных преобразователей генерировать или характеристики степени турбины поглощать реактивную степень, таким образом устраняя необходимость установки конденсаторных блоков, как в случае с индукционными генераторами беличьей клетки.

Эта система доступна в power_wind_dfig модель. Загрузите эту модель и сохраните ее в рабочей директории как case3для дальнейшего изменения исходной системы. В этом случае ротор вращается с подсинхронной скоростью для скоростей ветра менее 10 м/с и вращается с сверхсинхронной скоростью для более высоких скоростей ветра. Механическая степень турбины как функция скорости турбины отображается для скоростей ветра от 5 м/с до 16,2 м/с. Эти характеристики получаются с заданными параметрами Turbine data(Характеристики степени турбины).

Управление DFIG осуществляется по кривой ABCD в характеристиках степени турбины. Оптимизация скорости турбины получается между точкой B и точкой C на этой кривой.

Модель ветряного двигателя является фазорной моделью, которая позволяет проводить переходные исследования типа устойчивости с длинными временами симуляции. В этом случае система наблюдается в течение 50 с. 6-ветряная электростанция моделируется одним ветряным блоком путем умножения следующих трех параметров на шесть, следующим образом:

Режим работы установлен в Voltage regulation в диалоговом окне «Параметры управления». Терминальное напряжение будет управляться до значения, заданного опорным напряжением (Vref = 1 pu) и падением напряжения (Xs = 0,02 pu).

Реакция турбины на изменение скорости ветра

Наблюдайте реакцию турбины на изменение скорости ветра. Первоначально скорость ветра устанавливается на уровне 8 м/с, а затем на уровне t = 5с, скорость ветра увеличивается внезапно на уровне 14 м/с. Формы волны для порыва ветра (ветряная ферма в режиме регулирования напряжения) иллюстрируют формы волны, связанные с этой симуляцией. На t = 5 с сгенерированная активная степень начинает плавно увеличиваться (вместе со скоростью турбины), чтобы достичь своего номинального значения 9MW приблизительно через 15 с. За это время скорость турбины увеличивается с 0,8 пу до 1,21 пу. Первоначально угол тангажа блейдов турбины равен нулю степени, а рабочая точка турбины соответствует красной кривой степеней турбины до точки D. Затем угол тангажа увеличивается с 0 ° до 0,76 ° для ограничения механической степени. Наблюдайте также напряжение и сгенерированную реактивную степень. Реактивная степень управляется, чтобы поддерживать напряжение 1 pu. При номинальной степени ветряной двигатель поглощает 0,68 Mvar (генерируется Q = -0,68 Mvar) для управления напряжением на 1pu. Если вы меняете режим работы на Var regulation с установленной на нуль реактивной степенью Generated Qref, вы заметите, что напряжение увеличивается до 1,021 pu, когда ветряной двигатель вырабатывает свою номинальную степень при единичном коэффициенте степени (Формы волны для порывов ветра (Ветропарк в режиме регулирования Var)).

Симуляция провисания напряжения в системе 120 кВ

Теперь наблюдайте влияние провисания напряжения в результате удаленного отказа на систему 120 кВ. В этой симуляции режим работы первоначально Var regulation при Qref = 0 и скорость ветра постоянна на 8 м/с. 0,15 падения напряжения pu 0,5 s запрограммировано в меню источника напряжения 120 кВ, чтобы произойти в t = 5 s. Результаты симуляции проиллюстрированы в Voltage Sag на системе 120 кВ (Ветропарк в режиме регулирования Var). Наблюдайте напряжение и ток объекта, а также скорость двигателя. Отметим, что ветропарк производит 1,87 МВт. При t = 5 с напряжение падает ниже 0,9 пу, а при t = 5,22 с система защиты отключает объект, так как обнаружено пониженное напряжение, длящееся более 0,2 с (превышающее настройки защиты Подсистемы Объекта). Ток объекта падает до нуля, и скорость мотора постепенно уменьшается, в то время как ветропарк продолжает генерироваться на степень уровне 1,87 МВт. После срабатывания объекта 1,25 МВт степени (P_B25 измеряется на шине B25) экспортируется в сеть.

Теперь режим управления ветряным двигателем изменяется на Voltage regulation и симуляция повторяется. Вы заметите, что объект больше не ездит. Это происходит потому, что поддержка напряжения, обеспечиваемая реактивной мощностью 5 Мвар, генерируемой ветряными двигателями во время провисания напряжения, удерживает напряжение объекта выше порога защиты 0,9 pu. Напряжение объекта во время провисания напряжения теперь составляет 0,93 pu (Напряжение провисания на системе 120 кВ (Ветропарк в режиме регулирования напряжения)).

Симуляция отказа системы 25 кВ

Наконец, теперь наблюдайте влияние одного отказа «фаза-земля», возникающего на линии 25 кВ. На t = 5 с на фазу А в B25 шине прикладывается отказ от фазы к земле 9 цикла (0,15 с). Когда ветряной двигатель находится в Voltage regulation режим, положительное напряжение последовательности на клеммах ветряного двигателя (V1_B575) падает до 0,8 pu во время отказа, что выше порога защиты от пониженного напряжения (0,75 pu при t > 0,1 с). Ветропарк поэтому остается в работе (формы волны ветропарка во время отказа на шине B25 (ветропарк в режиме регулирования напряжения)). Однако, если Var regulation режим используется при Qref = 0, напряжение падает ниже 0,7 pu и защита от пониженного напряжения отключает ветропарк. Теперь мы можем наблюдать, что скорость турбины увеличивается. На t = 40 с угол тангажа начинает увеличиваться, чтобы ограничить скорость (формы волны ветряного двигателя во время отказа на шине B25 (ветряной завод в режиме регулирования Var)).