1. Методы симуляции DFIG

В зависимости от области значений частот, которые будут представлены, в настоящее время в Специализированных Степенях доступны три метода симуляции для моделирования основанных на VSC систем преобразования энергии, подключенных к степеням.

Подробная модель (дискретная), такая как модель, представленная в модели power_wind_dfig_det в библиотеке примеров возобновляемых источников энергии. Детальная модель включает детальное представление степени электронных IGBT-конвертеров. В порядок достижения приемлемой точности с частотами переключения 1620 и 2700 Гц, используемыми в этом примере, модель должна быть дискретизирована на относительно небольшом временном шаге (5 микросекунд). Эта модель хорошо подходит для наблюдения гармоник и динамической эффективности системы управления в относительно короткие периоды времени (обычно от сотен миллисекунд до одной секунды).

Модель среднего значения (дискретная), такая как та, что представлена в этом примере. В этом типе модели IGBT-преобразователи напряжения (VSC) представлены эквивалентными источниками напряжения, генерирующими переменное напряжение, усредненное в течение одного цикла частоты переключения. Эта модель не представляет гармоники, но динамика, вытекающая из взаимодействия системы управления и степени, сохранена. Эта модель позволяет использовать намного большие временные шаги (обычно 50 микросекунд), таким образом позволяя моделировать несколько секунд.

Фазорная модель (непрерывная), такая как модель, представленная в модели «power_wind_dfig» в библиотеке примеров возобновляемых источников энергии. Эта модель лучше приспособлена для моделирования электромеханических колебаний низкой частоты в течение длительных периодов времени (от десятков секунд до минут). В способе симуляции фазора синусоидальные напряжения и токи заменяются величинами фазора (комплексными числами) на номинальной частоте системы (50 Гц или 60 Гц). Это тот же метод, который используется в программном обеспечении стабильности переходных процессов.

2. Описание

Ветропарк мощностью 9 МВ т, состоящий из шести ветряных турбин мощностью 1,5 МВ т, подключенных к распределению системе 25 к В, экспортирует степень к сетке 120 к В через фидер на 30 км, 25 к В.

Ветряные турбины, использующие асинхронный генератор с двойным питанием (DFIG), состоят из асинхронного генератора фазного ротора и IGBT-преобразователя переменного/постоянного/переменного тока, смоделированного источниками напряжения. 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.

В этом примере скорость ветра поддерживается постоянной на уровне 15 м/с. Система управления использует контроллер крутящего момента в порядок, чтобы поддерживать скорость на уровне 1.2 pu. Реактивная степень, производимая ветряным двигателем, регулируется на 0 Мвар.

Смотрите под маской блока «DFIG Wind Turbine», чтобы увидеть, как построена модель. Время расчета, используемое для дискретизации модели (Ts = 50 микросекунд), задано в функции Инициализации Свойств Модели.

Откройте блок «Ветряной двигатель DFIG» меню чтобы увидеть данные генератора, конвертера, турбины, приводного train и систем управления. В Отображение меню выберите «Турбина данных для 1 ветряного двигателя» проверить «Отображение характеристики степени ветряного двигателя» и нажмите «Применить». Кривые Cp турбины показаны на фигуре 1. Степень турбины, отношение скорости совета lambda и значения Cp показаны на фигуре 2 как функция скорости ветра. Для скорости ветра 15 м/с выходная степень турбины составляет 1 пу номинальной степени, угол тангажа 8,7 o и скорость генератора 1,2 пу.

3. Симуляция

В этом примере вы будете наблюдать установившуюся операцию DFIG и его динамическую реакцию на провисание напряжения, возникающее в результате удаленного отказа в 120-kV системе. Откройте блок «120 кВ», моделирующий источник напряжения, и посмотрите, как шестикратное падение напряжения 0,5 пу программируется на t = 0,03 с

Запустите симуляцию. Наблюдайте форму напряжения и тока на блоке Scope. При запуске симуляции переменная «xInitial», содержащая переменные начального состояния, автоматически загружается (из файла «power_wind_dfig_avg.mat», заданного в Свойствах Модели), так что симуляция начинается в установившемся состоянии.

Первоначально ветропарк DFIG производит 9 МВт. Соответствующая скорость турбины составляет 1.2 pu синхронной скорости генератора. Постоянное напряжение регулируется на уровне 1150 В, а реактивная степень поддерживается на уровне 0 Мвар. На t = 0,03 с напряжение положительной последовательности внезапно падает до 0,5 п.у. вызывая колебание напряжения шины постоянного тока и выходной степени DFIG. Во время провисания напряжения система управления пытается регулировать напряжение постоянного тока и реактивную степень в своих заданных точках (1150 В, 0 Мвар). Система восстанавливается приблизительно за 4 цикла.

Дважды кликните синий блок под названием «Показать подробные и средние результаты симуляции». Откроется рисунок, показывающий сравнение напряжения фазы А на клеммах DFIG, напряжения ссылки постоянного тока, активных и реактивных степеней и скорости для детализированной модели и средней модели. Заметьте, что две модели хорошо согласуются. Средняя модель правильно представляет низкочастотное управление и колебания энергосистемы, произведенные провисанием напряжения, но формы волны напряжения не показывают высокочастотные гармоники, произведенные переключением PWM двух преобразователей.

4. Регенерация начальных условий

Этот пример настройки со всеми состояниями, инициализированными так, что симуляция начинается в установившемся состоянии. В противном случае из-за длительных временных констант электромеханической части модели ветряного двигателя и относительно медленных ее регуляторов вам пришлось бы ждать десятки секунд, прежде чем достичь установившегося состояния. Начальные условия были сохранены в файле «power_wind_dfig_avg.mat». Когда вы запускаете симуляцию, коллбэк InitFcn (в Свойствах модели/Обратных вызовов) автоматически загружает в вашу рабочую область содержимое этого .mat файла (переменная «xInitial», заданная в параметре «Initial state» на панели Параметры конфигурации).

Если вы измените эту модель или измените значения параметров компонентов степени, начальные условия, сохраненные в переменной «xInitial», перестанут быть действительными, и Simulink ® выдаст сообщение об ошибке. Чтобы регенерировать начальные условия для измененной модели, выполните следующие шаги:

1. На панели Параметров конфигурации снимите флажок «Initial состояния» параметра.

2. В меню «Источник трехфазного напряжения 120 кВ» отключите шаг напряжения источника, установив параметр «Изменение времени» на «нет».

3. В порядок сокращения времени, необходимого для достижения устойчивого состояния, временно уменьшите инерцию группы турбогенераторов. Откройте меню Ветряной двигатель DFIG и в данных привода и данных генератора разделите константы инерции H на 10.

4. Измените значение параметра Simulation Время Остановки на 5 секунд. Обратите внимание, что в порядок генерации начальных условий, когерентных с углами фазы источника напряжения 60 Гц, время остановки должно быть целым числом 60 Гц циклов.

5. Смените режим симуляции с «Normal» на «Accelerator».

6. Запустите симуляцию. Когда симуляция будет завершено, проверьте, что устойчивое состояние достигнуто, посмотрев на формы волны, отображенные на блоке Scope. Конечные состояния, которые были сохранены в структуре «xFinal» со временем, могут использоваться в качестве начальных состояний для будущих симуляций. Выполнение следующих двух команд копирует эти окончательные условия в «xInitial» и сохраняет эту переменную в новом файле (myModel_init.mat).

>> xInitial=xFinal;

>> save myModel_init xInitial

7. В окне InitFcn панели Свойства замените первую линию команд инициализации на «load myModel_init.» При следующем запуске симуляции с этой моделью переменная xInitial, сохраненная в файле myModel_init.mat, будет загружена в вашу рабочую область.

8. На панели «Параметры конфигурации» установите флажок «Начальное состояние».

9. В данных ветряного генератора и train привода сбросьте константы инерции H назад к их исходным значениям.

10. Запустите симуляцию и проверьте, что ваша модель начинается в установившемся состоянии.

11. В меню Источник трехфазного напряжения 120 кВ установите параметр «Time изменения of» назад на «Amplitude».

12. Измените Simulation Время Остановки и Simulation Mode на их исходные значения (0,2 секунды, Normal).

13. Сохраните модель.