В этом примере показан ветропарк мощностью 10 МВт, использующий детальную модель ветряного двигателя типа 4.
Ричард Ганьон и Жак Брошу (Гидро-Квебек)
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 та, что представлена в этом примере. Детальная модель включает детальное представление степени электронных IGBT-конвертеров. В порядок достижения приемлемой точности с частотами переключения 2000 и 3000 Гц, используемыми в этом примере, модель должна быть дискретизирована на относительно небольшом временном шаге (2 микросекунды). 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 модель, представленная в модели power_wind_type_4_avg в библиотеке примеров возобновляемых источников энергии. В этом типе модели IGBT-преобразователи напряжения (VSC) представлены эквивалентными источниками напряжения, генерирующими переменное напряжение, усредненное в течение одного цикла частоты переключения. Аналогичный метод используется для DC-DC конвертера. Модель среднего значения не представляет гармонику, но динамика, вытекающая из взаимодействия системы управления и степени системы, сохраняется. 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 возобновляемой 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.
Ветропарк мощностью 10 МВ т, состоящий из пяти ветряных двигателей мощностью 2 МВ т, подключенных к распределению системе 25 к В, экспортирует степень к сетке 120 к В через фидер на 30 км, 25 к В.
Ветряной двигатель типа 4, представленный в этом примере, состоит из синхронного генератора, подключенного к диодному выпрямителю, PWM-преобразователя на основе DC-DC IGBT и IGBT-преобразователя на основе DC/AC. Технология Type 4 позволяет извлекать максимальную энергию от ветра для низких скоростей ветра путем оптимизации скорости турбины, минимизации механических напряжений на турбине во время порывов ветра.
В этом примере скорость ветра поддерживается постоянной на уровне 15 м/с. Система управления преобразователя постоянного тока используется для поддержания скорости на уровне 1 пу. Реактивная степень, производимая ветряным двигателем, регулируется на 0 Мвар.
Щелкните правой кнопкой мыши по блоку «Wind Turbine Type 4» и выберите «Look Under Mask», чтобы увидеть, как построена модель. Время расчета, используемое для дискретизации модели (Ts = 2 микросекунды), задано в функции Инициализации Свойств Модели.
Откройте блок меню «Ветряной двигатель типа 4», чтобы увидеть данные генератора, конвертера, турбины, приводного train и систем управления. В Отображение меню выберите «Турбина данных для 1 ветряного двигателя», проверьте «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 8,8 o и скорость генератора 1 пу.
В этом примере вы будете наблюдать установившуюся операцию ветряного двигателя типа 4 и его динамическую реакцию на провисание напряжения в результате удаленного отказа в 120-kV системе. Откройте блок «120 кВ», моделируя источник напряжения и посмотрите, как шесть циклов падения напряжения 0,25 пу программируются 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_type_4_det.mat», заданного в Свойствах Модели), так что симуляция начинается в установившемся состоянии.
Первоначально ветропарк 4 типа производит 10 МВт. Соответствующая скорость турбины составляет 1 pu синхронной скорости генератора. Постоянное напряжение регулируется на 1100 В, а реактивная степень поддерживается на 0 Мвар. На t = 0,03 с напряжение положительной последовательности внезапно падает до 0,75 п.у. вызывая увеличение напряжения шины постоянного тока и падение выходной степени ветряного двигателя 4 типа. Во время провисания напряжения системы управления пытаются регулировать напряжение постоянного тока и реактивную степень в своих заданных точках (1100 В, 0 Мвар). Система восстанавливается после устранения неисправности.
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_type_4_det.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» в меню Simulation/Configuration Parameters).
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 Wind Turbine Type 4 и в данных Drive train и Generator 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.