Описание

Типовая модель системы High-Penetration, No Storage, Wind-Diesel (HPNSWD) представлена в этом примере [1]. Эта технология была разработана компанией Hydro-Quebec для снижения затрат на поставку электроэнергии в отдаленных северных общинах [2]. Оптимальное проникновение ветра (установленная мощность ветра/пиковая потребность в электроэнергии) для этой системы зависит от стоимости доставки топлива на площадке и доступного ветряного ресурса. Первое коммерческое применение технологии HPNSWD было введено в эксплуатацию в 1999 году компанией Northern Power Systems (Вермонт, США) на острове Сент-Пол, Аляска [3]. Система HPNSWD, представленная в этом примере, использует синхронную машину 480 В, 300 кВА, ветряной двигатель, приводящий в действие асинхронный генератор 480 В, 275 кВА, клиентскую нагрузку 50 кВт и переменную вторичную нагрузку (от 0 до 446,25 кВт).

При малых скоростях ветра для подпитки нагрузки требуются как асинхронный генератор, так и синхронный генератор с дизельным двигателем. Когда ветряная степень превышает нагрузку, можно отключить дизель-генератор. В этом ветряном режиме синхронная машина используется как синхронный конденсатор и ее система возбуждения управляет напряжением решетки по его номинальному значению. Группа вторичных нагрузок используется для регулирования частоты системы путем поглощения ветра степени превышения потребительского спроса.

Блок Wind Turbine использует двумерную интерполяционную таблицу, чтобы вычислить выход крутящего момента турбины (Tm) как функцию скорости ветра (w_Wind) и скорости турбины (w_Turb). Когда вы открыли этот пример, характеристики Pm (w_Wind, w_Turb) были автоматически загружены в вашу рабочую область (psbwindgen_char массив). Для отображения характеристик турбины дважды нажатие кнопки по блоку, расположенному под блоком Ветряной двигатель.

Блок Вторичная нагрузка состоит из восьми наборов трехфазных резисторов, соединенных последовательно с тиристорными ключами GTO. Номинальная степень каждого набора следует двоичной прогрессии, так что нагрузка может варьироваться от 0 до 446,25 кВт на шагах 1.75kW. GTO моделируются идеальными коммутаторами.

Частота управляется блоком Discrete Frequency Regulator. Этот контроллер использует стандартную трехфазную систему Фазы Locked Цикла (PLL), чтобы измерить частоту системы. Измеренную частоту сравнивают с частотой ссылки (60 Гц), чтобы получить частотную ошибку. Эта ошибка интегрируется, чтобы получить ошибку фазы. Ошибка фазы затем используется контроллером Пропорционально-Дифференциальный (PD), чтобы получить сигнал выхода, представляющий необходимую вторичную степень нагрузки. Этот сигнал преобразуется в 8-битовый цифровой сигнал, управляющий переключением восьми трехфазных вторичных нагрузок. В порядок минимизации нарушений порядка напряжения переключение осуществляется при нулевом пересечении напряжения.

Симуляция

Для примера скорость ветра (10 м/с) такова, что ветряной двигатель производит достаточно степень, чтобы поставить нагрузку. Дизель-генератор (не моделируется) останавливается, и синхронная машина работает как синхронный конденсатор, вход механической степени (Pm) которого установлен в нуле. Пример иллюстрирует динамическую эффективность системы частотного регулирования, когда включается дополнительная нагрузка клиента на 25 кВт.

Запустите симуляцию и наблюдайте напряжения, токи, степени, асинхронную скорость машины и частоту системы на двух возможностях. Начальные условия (вектор xInitial) были автоматически загружены в рабочей рабочей области, так что симуляция начинается в установившемся состоянии.

Когда асинхронная машина работает в режиме генератора, ее скорость немного выше синхронной скорости (1.011 pu). По характеристикам турбины для скорости ветра 10 м/с выходная степень турбины составляет 0,75 пу (206 кВт). Из-за потерь асинхронной машины ветряной двигатель производит 200 кВт. Поскольку основная нагрузка составляет 50 кВт, вторичная нагрузка поглощает 150 кВт, чтобы поддерживать постоянную частоту 60 Гц. При t = 0,2 с включается дополнительная нагрузка 25 кВт. Частота мгновенно падает до 59,85 Гц и частотный регулятор реагирует, чтобы уменьшить степень, поглощаемое вторичной нагрузкой, порядком вернуть частоту к 60 Гц. Напряжение остается на уровне 1 pu, и мерцание не наблюдается.

Регенерация начальных условий

Этот пример настройки со всеми состояниями, инициализированными так, что симуляция начинается в установившемся состоянии. Начальные условия были сохранены в файле «power_windgen.mat». Когда вы открываете эту модель, коллбэк InitFcn (в свойствах модели/обратных вызовах) автоматически загружает в вашу рабочую область содержимое этого .mat файла (переменная «xInitial»).

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. Дважды кликните блок 3-Phase Breaker и отключите переключение выключателя (снимите флажок "Switching of Phase X" для фаз A, B и C ").

3. Измените время остановки симуляции на 20 с. Обратите внимание, что в порядок для генерации начальных условий, когерентных с частотой 60 Гц, время остановки должно иметь целое число в 60 Гц циклов.

4. Запустите симуляцию. Когда симуляция будет завершено, проверьте, что устойчивое состояние было достигнуто, посмотрев на формы волны, отображенные в возможностях. Конечные состояния, которые были сохранены в массиве «xFinal», 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

5. В окне InitFcn панели Свойства замените первую линию команд инициализации на «load myModel_init.» При следующем открытии этой модели переменная xInitial, сохраненная в файле myModel_init.mat, будет загружена в вашу рабочую область.

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

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

8. Дважды кликните блок 3-Phase Breaker и включите переключение выключателя (проверьте параметры "Switching of Phase X" для фаз A, B и C ").

9. Измените время остановки симуляции на 5 с.

10. Сохраните модель.

Ссылки

[1] Р. Ганьон, Б. Зульнье, Г. Сибиль, П. Жиру; «Моделирование типовой системы с высоким уровнем проникновения без хранения ветряного дизеля с использованием MATLAB ®/Power System Blockset» 2002 Глобальная конференция Windpower, апрель 2002, Париж, Франция

[2] Б. Зульнье, А. О. Барри, Б. Дюб, Р. Рейд; «Проект и разработка системы регулирования и управления для схемы ветряного/дизельного топлива с высоким проникновением без хранения» Конференция Европейского сообщества по ветроэнергетике 88, 6-10 июня 1988 года, Хернинг, Дания

[3] Л. Мотт (NPS), Б. Солнир (IREQ) «коммерческий дизельный ветром проект, остров Св. Павла, Аляска» 14-я главная конференция межутилиты дизеля степени, 28 мая - 2 июня, Виннипег, Манитоба, Канада