电力电子matlab风力发电仿真Wind Farm实验报告.docx

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电力电子matlab风力发电仿真WindFarm实验报告

电力电子技术仿真实验报告

学校：

四川大学

学院：

电气信息学院

专业：

电气工程及其自动化

年级：

2011级

班级：

电力109班

实验内容：

9MWDFIG风电场MATLAB仿真

实验小组成员：

杜泽旭：

1143031345

罗恒：

1143031346

何强：

1143031347

蒋红亮：

1143031153

陈中俊：

1143031272

一、仿真平台

本次实验的仿真平台是MATLAB软件。

MATLAB软件是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

本次实验所用的MATLAB软件版本为MATLAB7.11.0（R2010b）。

二、仿真模型

在本次试验中我们所用是MATLAB中的自带的示例中的SimPowersystem中的由风力涡轮机驱动使用双馈异步式风力发电机发电的9MW风力发电系统，这是一个已经搭建好的模块我们只需用在以上基础做一定的参数设定就可以得到我们所想要的仿真模型。

操作步骤如下所示：

仿真模型原理图

三、实验要求

1）系统自带的仿真模块中，说明系统运行工况和风机运行情况（电压、电流、转速等）；

2）修改仿真模型，将系统电压改为风机输出670V，升压至35kV，经30km线路输送后并入110kV电网。

要求110kV电网的短路容量为3000MVA。

然后说明系统运行工况和风机运行情况（电压、电流、转速等），并与1）对比；

3）修改风速至12m/s，运行仿真并观察结果。

四、实验内容

1、系统总体结构图

2、系统模型图

系统模型图

3、模拟电网参数

120kV模拟电网参数如下图所示，可知该模块模拟电网在0.03s时发生电压降落，在0.13s时电网恢复电压。

故可以通过模拟电网侧的电压暂降来观察各个电气量的变化情况从而进一步了解双馈异步式风力发电的工作过程。

120kV模拟电网参数图

4、运行仿真

通过运行仿真我们可以看到示波器的波形如下：

原仿真模型运行结果

分析如下：

在0.03s时575V的母线电压和25KV的母线电压都有明显的下降，而在两个电压等级的母线电流有短时间波动但很快恢复稳定，有功功率P由原来的9Mw下降到5Mw，同时也看到无功功率Q由原来的0Mvar突然出现波动，且最高的波动达到了4Mvar当系统稳定时又降到2Mvar左右，直流母线的电压也出现了波动最后逐渐恢复到原来的稳定值。

当在0.13s时电网的电压恢复到原来的电压值时，各个母线电压也恢复到了原来的额定值，个母线的电流再出现短暂波动也达到了稳定值，有功功率P也恢复到原来的9Mw，无功功率也恢复到了原来的初始值，直流母线电压也在出现短暂的波动后回到稳定的值。

由上面可看出风力发电场在出现电压暂将时，通过自身的调节控制系统维持了母线电压的稳定，而在短时间内没有脱离电网，实现了低电压的穿越，是整个系统变得稳定。

双馈异步发电机是变速恒频发电模式，其定子侧与电网直接相连，转子侧通过一个背靠背的双向电压源变频器与电网相连给发电机提供励磁频率（转差频率）。

由于其定子直接与电网相连所以电网的波动对定子的的电流变化影响很大。

当电网电压骤降时，双馈异步发电机发出的有功无法及时送出导致定子侧产生较大的故障电流。

由于定子与转子是强耦合，故障电流将立刻被传到转子侧。

又因为电压暂降导致电磁转矩变小，运行滑差变大，使馈入转子的功率增大，进一步引起转子回路的过压和过流。

而且大电压和大电流会导致铁芯饱和，电抗减小，实际转子电流还要进一步增大。

转子的能量流经转子侧的变换器RSC之后，一部分被电网侧变换器GSC传到电网，其余为直流母线电容充电，导致母线电压快速升高。

如果不能及时采取保护措施，定子转子仅靠自身的电阻和漏抗不足以抑制浪涌电流，过大的电流电压将会导致励磁变频器、定转子绕组以及母线电容损坏。

变频的容量很小，故只能起到部分控制作用，因此必须采用保护措施，抑制RSC的过电流和直流母线电压。

为了抑制电压骤降，最常见的是应用Crowbar保护电路，该电路旁路了RSC的过电流，从而抑制了过电流和过电压，使得风力发电在电压暂降时不会脱网，而实现了低电压穿越。

通过无功功率的输出波形我们可以看出无功功率在电压暂降时,无功功率有所增大，此现象是应为发电在控制系统的作用下通过调节无功功率的输出来尽可能地维持母线电压的大小，从而是系统变得更加稳定。

5、将系统电压改为风机输出670V，升压至35kV，经30km线路输送后并入110kV电网。

要求110kV电网的短路容量为3000MVA。

更改系统频率为50Hz，并更改系统的电压等级之后，运行仿真，可以看到示波器的波形如下图所示。

修改相应参数后运行结果

分析对比如下：

在0.03s时，670V母线电压和35kV母线电压都有明显降低，而在两个电压等级的母线电流出现波动后并没有恢复稳定，有功功率P出现了急剧升降的变化，同时无功功率Q也出现了一定的波动，但之后稳定为Mvar，流母线的电压也出现了波动最后逐渐恢复到原来的稳定值，而风机的转速也有较大的变化。

5、将系统电压改为风机输出670V，升压至35kV，经30km线路输送后并入110kV电网。

要求110kV电网的短路容量为3000MVA。

至之后修改风速至12m/s。

修改风速至12m/s后，运行仿真，系统的仿真波形如下图所示。

在之前的基础上将修改风速至12m/s运行结果

分析对比如下：

在0.03s时，670V母线电压和35kV母线电压都有明显降低，而在两个电压等级的母线电流出现波动后并没有恢复稳定，有功功率P出现了急剧升降的变化，同时无功功率Q也出现了一定的波动，但之后稳定为0Mvar，流母线的电压也出现了波动最后逐渐恢复到原来的稳定值，而风机的转速则没有明显的变化。