Этот пример показывает ветровую электростанцию на 10 МВт с помощью подробной модели ветряного двигателя Типа 4.
Ришар Ганьон и Жак Брошю (Hydro-Quebec)
В зависимости от области значений частот, которые будут представлены, три метода симуляции в настоящее время доступны в Специализированных Энергосистемах для основанных на модели VSC энергетических систем преобразования, соединенных на энергосистемах.
Подробная модель (дискретная), такая как та, представлена в этом примере. Подробная модель включает подробное представление степени электронные конвертеры IGBT. Для того, чтобы достигнуть приемлемой точности с 2 000 Гц и 3 000 Гц, переключающими частоты, используемые в этом примере, модель должна быть дискретизирована на относительно маленьком временном шаге (2 микросекунды). Эта модель хорошо подходит для наблюдения гармоник и динамических характеристик системы управления за относительно короткие периоды времен (обычно сотни миллисекунд к одной секунде).
Средняя модель (дискретная), такая как та, представлена в power_wind_type_4_avg модели в библиотеке Возобновляемой энергии в качестве примера. В этом типе модели Полученные напряжением конвертеры (VSC) IGBT представлены эквивалентными источниками напряжения, генерирующими напряжение переменного тока, усредненное по одному циклу переключающейся частоты. Похожий метод используется для конвертера DC-DC. Средняя модель не представляет гармоники, но динамика, следующая из системы управления и взаимодействия энергосистемы, сохраняется. Эта модель позволяет использовать намного большие временные шаги (обычно 50 микросекунд), таким образом позволяя симуляции нескольких секунд.
Модель фазовращателя (непрерывная), такая как та, представлена в "power_wind_dfig" модели в библиотеке Возобновляемой энергии в качестве примера. Эта модель лучше адаптируется, чтобы симулировать низкую частоту электромеханические колебания за длительные периоды времени (десятки секунд к минутам). В методе симуляции фазовращателя синусоидальные напряжения и токи заменяются количествами фазовращателя (комплексные числа) на системной частоте номинала (50 Гц, или 60 Гц).This является тем же методом, который используется в переходном программном обеспечении устойчивости.
Ветровая электростанция на 10 МВт, состоящая из пяти ветряных двигателей на 2 МВт, соединенных с системой распределения на 25 кВ, экспортирует степень в сетку на 120 кВ через 30 км, фидер на 25 кВ.
Ветряной двигатель Типа 4, представленный в этом примере, состоит из синхронного генератора, соединенного с диодным выпрямителем, DC-DC основанный на IGBT конвертер повышения PWM и DC/AC основанный на IGBT конвертер PWM. Технология Типа 4 позволяет извлекать максимальную энергию из ветра для низких скоростей ветра путем оптимизации турбинной скорости при минимизации механических усилий на турбине во время порывов ветра.
В этом примере скорость ветра обеспечена постоянная на уровне 15 м/с. Система управления конвертером DC-DC используется, чтобы обеспечить скорость в 1 pu. Реактивная энергия, произведенная ветряным двигателем, отрегулирована в 0 Mvar.
Щелкните правой кнопкой по блоку "Wind Turbine Type 4" и выберите "Look Under Mask", чтобы видеть, как модель создана. Шаг расчета раньше дискретизировал модель (Ts = 2 микросекунды) задан в функции Инициализации Model Properties.
Откройте меню блока "Wind Turbine Type 4", чтобы видеть данные генератора, конвертера, турбины, диск обучаются и системы управления. В Меню отображения выбирают "Turbine data for 1 wind turbine", проверяют "Характеристики степени ветряного двигателя отображения" и затем нажимают Apply. Турбинные кривые CP отображены в рисунке 1. Турбинная степень, lambda отношения скорости совета и значения CP отображены в рисунке 2 как функция скорости ветра. Для скорости ветра 15 м/с турбинная выходная мощность является 1 pu своей номинальной мощности, угол тангажа составляет 8,8 градусов, и скорость генератора является 1 pu.
В этом примере вы будете наблюдать установившуюся работу ветряного двигателя Типа 4 и его динамический ответ на перекос напряжения, следующий из удаленного отказа в системе на 120 кВ. Откройте блок "на 120 кВ", моделируя источник напряжения и смотрите, как 0,25 pu падения напряжения с шестью циклами запрограммированы в t=0.03 s
Запустите симуляцию. Наблюдайте напряжение и формы тока на блоке Scope. При симуляции запускаются, "xInitial" переменная, содержащая переменные начального состояния, автоматически загружается (из "power_wind_type_4_det.mat" файла, заданного в Model Properties) так, чтобы симуляция запустилась в устойчивом состоянии.
Первоначально ветровая электростанция Типа 4 производит 10 МВт. Соответствующая турбинная скорость является 1 pu генератора синхронная скорость. Напряжение постоянного тока отрегулировано на уровне 1 100 В, и реактивная мощность сохранена в 0 Mvar. В t=0.03 s напряжение положительной последовательности внезапно спадает до 0,75 p.u. порождение увеличения на напряжении на шине DC и отбрасывания на выходной мощности ветряного двигателя Типа 4. Во время перекоса напряжения системы управления пытаются отрегулировать напряжение постоянного тока и реактивную мощность на их заданных значениях (1 100 В, 0 Mvar). Система восстанавливается после устранения отказа.
Этим примером является настройка со всеми состояниями, инициализированными так, чтобы симуляция запустилась в установившемся. В противном случае из-за долговременных констант электромеханической части модели ветряного двигателя и к ее относительно медленным регуляторам необходимо было бы ожидать в течение десятков секунд прежде, чем достигнуть установившийся. Начальные условия были сохранены в "power_wind_type_4_det.mat" файле. Когда вы запускаете симуляцию, коллбэк InitFcn (в Свойствах/Коллбэках Модели) автоматически загружает в вашу рабочую область содержимое этого .mat файла ("xInitial" переменная, заданная в параметре "начального состояния" в меню Simulation/Configuration Parameters).
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 панели Параметров конфигурации снимите флажок с параметром "начального состояния" и проверяйте параметр "конечных состояний".
2. В Трехфазном меню Voltage Source на 120 кВ отключите исходный шаг напряжения путем установки "Изменения времени" параметра ни к "одному".
3. Для того, чтобы сократить время, требуемое достигнуть установившийся, временно уменьшить инерцию группы турбинного генератора. Откройте меню Wind Turbine Type 4, и в Диске обучают данные и данные о Генераторе, делят константы инерции H на 10.
4. Измените Время остановки Симуляции в 5 секунд. Обратите внимание на то, что для того, чтобы сгенерировать начальные условия, когерентные с исходными углами фазы напряжения на 60 Гц, Время остановки должно быть целым числом циклов на 60 Гц.
5. Измените режим симуляции с "нормального" на "акселератор".
6. Запустите симуляцию. Когда Симуляция завершается, проверьте, что устойчивое состояние было достигнуто путем рассмотрения форм волны, отображенных на блоке Scope. Конечные состояния, которые были сохранены в "xFinal" структуре со временем, 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
7. В окне InitFcn панели Model Properties замените первую линию команд инициализации с "загрузкой myModel_init". В следующий раз, когда вы начинаете симуляцию с этой модели, переменная xInitial сохраненный в myModel_init.mat файле загрузится в вашей рабочей области.
8. В панели Параметров конфигурации проверяйте "начальное состояние".
9. В Генераторе Ветряного двигателя и Диске обучают данные, сбрасывают константы инерции H назад к их исходным значениям.
10. Запустите симуляцию и проверьте, что ваша модель запускается в установившемся.
11. В Трехфазном исходном меню напряжения на 120 кВ, набор "Изменение времени" параметра назад к "Амплитуде".
12. Измените Режим Времени остановки и Симуляции Симуляции назад в их исходные значения (0,2 секунды, Нормальные).
13. Сохраните свою модель.