基于matlab的風電機組并網運行特性分析論文-資料下載頁

　　

【正文】 中每個模塊的參數。設置完系統中所有的模塊參數以后，一個動態系統模型就建立起來了。假如其中一個模塊沒來的急進行參數設置，這種情況就說明此時這個系統中的這個模塊使用的參數是Simulink中原先給這這個模塊設置的參數，即為默認參數值。Simulink模塊庫中有非常豐富的模塊，除包括輸入信號源（Sources)模塊庫、輸出接收（Sinks)模塊庫、連續（Continuous)系統模塊庫、離散（Discrete)系統模塊庫、數學運算（Math Operations)模塊庫等許多標準模塊外，用戶還可以自定義和創建模塊。Simulink仿真模型的基本特點可歸納如下：(1) Simulink里提供了許多Scope (示波器）的接收模塊，這里用Simulink進行仿真，具有像做實驗一般的圖形化顯示效果。(2) Simulink的模型具有層次性，通過底層子系統可以構建上層母系統。(3) Simulink提供了對子系統進行封裝的功能，用戶可以自定義子系統的圖標和設置參數對話框。啟動Simulink后，建模仿真就可以在Simulink中實現。Simulink建模仿真的主要步驟包括：(1)首先將一個空白的Simulink預設窗口打幵。(2)開始對于Simulink模塊庫界面進行瀏覽，對于系統中所需要的模塊應該從模塊庫中用鼠標拖放到編輯窗中相應的位置。完整的操作過程是：將鼠標左鍵點選中系統中所需要的模塊，隨后將那個模塊拖動至需要創建仿真模型的窗口里，最后將鼠標松開，此時創建仿真模型的窗口中就出現了系統所必須的模塊。(3)根據系統圖所要求的參數來改變繪制模型窗口中模塊的參數。在MATLAB軟件中的Simulink平臺下繪制模塊圖，如果不改變參數的話，此處系統中繪出的模塊只能是默認的參數，為了使用戶的特定需求得到滿足，此時必須重新設置模塊的參數。當用戶重新設置模塊參數時，首先用鼠標左鍵對模塊進行雙擊，將模塊的參數對話框快速的打開。從用戶新打開的設置參數對話框可以了解很多，一方面能夠清楚地看到模塊中每項默認參數，另一方面按照系統要求來重新設置各項參數。(4)根據實際系統模型的要求，對于各個模塊框圖按要求適當的連接起來。(5)將需要輸出的變量與示波器連接起來，用菜單或者選擇命令窗口中的開始鍵開始仿真，當仿真結束后，點開示波器仔細的觀察仿真結果，看是否與理論上相一致，如果不一致的話，馬上停止仿真，檢查各個模塊參數設置是否正確。 Simulink在電力系統的建模與仿真應用電力系統一般由發電機、變壓器、電力線路和電力負荷構成。電力系統的數學模型一般是由電力系統器件的數學模型組合構成。在MATLAB軟件中，提供了power2sys函數作為短路模型的結構分析函數，可以利用power2sys函數將電力系統的電路圖模型向狀態方程模型和傳遞函數模型進行變換。電力專家們在SimPowerSystems中的貢獻在于構建電力系統分析用到的上百個交互式庫函數，和用MATLAB語言編制的*.mdl文件，將電力系統分析模塊與MATLAB/Simulink連接起來。電力系統仿真工具箱包括電源模塊、電力元件模塊庫、電力電子元器件模塊庫、電動機模塊庫、測量模塊庫、應用模塊庫、特別模塊庫以及電氣系統仿真分析的圖形用戶接口。MATLAB的圖形界面具有直觀簡單的特征，能夠描述許多用語言難以表達的信息，可以加快建模速度，提高仿真精度和仿真效率。，應用MATLAB/Simulink對含大型并網風力發電場的電力系統運行進行了動態仿真。風電場可以認為是一個特殊的電源，它由多臺DFIG組成。正常運行時，它向電網輸出有功功率，同時，風電的無功需求一部分通過自身的無功補償，一部分仍需從電網吸收。從電網側看，它是一個輸出有功，吸收無功的“負荷”。，風電場出口電壓為575V，經升壓變壓器升壓至25kV，其間線路長10km，然后經20km架空線路再次與升壓變壓器相連，電壓升至 110kV，Xs為等值電抗，L為負荷。計算所用的容量基準值為100MVA。雙饋型異步風力發電機的數學模型經過推導得出了相應的數學表達式(見第三章)，在MATLAB(R2011a版本)中的SimPowerSystems模塊中就有現成的 DFIG的數學模塊，可以直接把它調出來，經過仿真得出與推導出的數學模型相一致的結論。DFIG可在不同的轉速下運行，其轉速隨風速的變化可作適當的調節，使風力機的運行始終處于最佳狀態，以提高風能的利用率。風速小于12m/s時，轉子處于亞同步狀態，而在高風速時處于超同步狀態。為了說明風電機組在運行中的特性，檢驗上述數學模型的有效性，我們以上述模型為例進行仿真。考慮到電壓質量是電能質量的重要指標之一，關系到電網的安全、穩定、優質、經濟運行。仿真過程中，為了提高電能質量，本文在風電場的出口處采用兩種控制方式，一種是有載調壓模式( Voltage Regulation Mode)，另一種是靜止無功補償模式(Var Regulation Mode)，有載調壓是靜態調節，是通過調節變壓器T1的抽接頭來改變輸出電壓，而靜止無功補償則為動態調壓，是通過在風力場出口側投切電容來提供無功，維持電壓在額定值附近。風力發電可以提高電網的靜態穩定性，降低動態穩定性。特別是風力機組起動時，異步電機需要從電網吸收大量的無功功率，如果沒有足夠的無功補償，將會導致節點電壓的跌落。因為風力機組輸出的功率是變化的，這直接導致了節點電壓的波動，如果機組的容量超過一定范圍，那么，它所引起的電壓波動將很大，超出電網運行的允許范圍，所以需要進行有載電壓調節，使得電壓波動在允許范圍內。風電的無功需求一部分通過自身的無功補償，一部分仍需從電網吸收。從電網吸收無功會對線路及變壓器損耗產生影響。一般的異步發電機通過吸收外部無功來建立旋轉磁場，才能使風電場正常運行。DFIG的轉子通過變流裝置與電網連接起來，能夠與外界進行雙向能量交換，在產生勵磁電流和建立發電機氣隙磁場中起到重要作用，同時能夠調節發電機的運行工作點。在這種情況下，發電機的無功功率可以自由地調節，與轉速并沒有固定的關系，其變化主要受到發電機自身熱容量的限制，即與有功出力有關。電網狀態是瞬息萬變的，無功補償出力須隨時靈活調節。本文仿真分析的主要內容是:在考慮有載調壓和靜止無功補償兩種調節手段的情況下，風速變化、負荷擾動及系統故障對風電場及系統運行的影響，這種影響包括系統中發電機組輸出功率的變化，主要節點電壓的變化。選取幾種典型的、對系統影響較嚴重的運行方式作仿真。本課題考慮的四種方式為:風速從8m/s變化到14m/s時(漸變風)，風電場和電網能否正常運行。平均風速為8m/s，t=3s時風速開始增大，t=6s時，風速達到14m/s, t=9s時風速又恢復至8m/s時（陣風），風電場和電網能否正常運行。25kV系統即節點3之間的一回輸電線路發生單相接地時風電場和電網運行情況。25kV系統輸電線路發生三相短路故障時風電場和電網運行情況。利用Matlab/。 ，風速從8m/s變化到14m/s時，風電場輸出的電壓、電流、有功功率和無功功率的變化。在仿真過程中假設各臺風機的運行點相同，即風速相同。從仿真曲線可以看出，風電場節點的電流隨著風速的增加隨之上升，并在風速達到最大值時穩定在額定值附近。隨著風速的增加，風電場的有功功率也開始增加，在風速達到14m/s后逐漸接近最大值9MW。為了維持電壓為1(.) ，必須吸收系統的無功，這時風電場相當于一個無功負荷。但由于采用的是DFIG發電機，DFIG的轉子通時過變流裝置與電網和外界進行雙向能量交換，發電機的無功功率可以自由地調節，所以無功下降的幅度不大。在t=20s時。從仿真結果還可以看出，因為采用了有載調壓控制，風電場的電壓基本維持不變，說明系統是穩態運行。在靜止無功補償模式下，可以石一到，風電場的輸出電流和有功功率保持額定值的情況下，(.)，無功功率在l=20s時出現微小的波動，變化不大，基本保持在0附近。在這種模式下，系統的無功基本維持不變。，電網的運行情況的仿真圖。、節點節點1電壓及節點2的有功功率和無功功率的影響。在仿真圖中，風速變化引起的局部電網電壓波動并不顯著，由于風電場出力大幅度增加引起其他發電廠(節點2)的出力大幅度降低，從對系統提供有功功率到吸收系統的有功功率，功率的缺額由風電場提供。另外，為了補償風電場的無功功率需求，發出的無功功率明顯增多。仿真結果表明，這樣的風速變化對系統的穩定運行沒有明顯影響。，風速的變化與有載調壓模式下相比較，節點節點1的電壓都有所增加，由于采用了無功補償模式。同時，節點2的電壓略微有些增加，（.）。由此可見在靜止無功補償模式下，系統的運行也是穩定的。本章建立了用于機電暫態仿真的風電機組模型和風速模型，并利用MATLAB及其仿真工具實現了包含風電場的電力系統機電暫態仿真，仿真程序可以模擬風電機組和風電場在各種風速擾動下的出力變化、風電場退出運行后系統各電氣量的變化過程，以及網絡發生三相短路故障，斷線故障等大擾動后的動態過程等。通過對IEEE14節點系統結合實際風電場的仿真計算驗證了所建立的風電機組模型和仿真程序的正確性和可行性。另外通過對各種等值方式下的仿真波形的比較，進一步說明了風電機組等值方法的有效性。數學模型的建立和仿真程序的JT?發為論證風電場接入系統的相互影響，確定風電場接入容量問題提供了有效的工具。對于風電場的動態穩定性提供了可靠的依據。第五章總結隨著風電場規模的不斷擴大，風電場的并網對電力系統產生了越來越多的負面影響。例如風速變化引起風電場出力變化、風電場吸收無功的變化造成電網電壓波動等。本文研究結論如下：(1)研究國內外風力發電的趨勢和現狀，針對風電并網問題做了系統的闡述和分析，并提出了研究風電并網的重要性。(2)建立了風力發電系統的數學模型，研究分析了含有普通異步機、雙饋異步機以及直驅永磁同步機的風力發電系統的優缺點。(3)分別研究了由雙饋異步風力發電機、直驅永磁同步風力發電機以及綜合使用以上兩種風力發電機組成的風電場的工作原理，基于雙饋異步風力發電機和直驅永磁同步風力發電機的穩態等值電路，對含有以上兩種機型的三種不同風電場在接入系統后的電力系統進行了全面的潮流分析，基于MATLAB進行了潮流計算。(4)建立了用于機電暫態仿真的風電機組模型和風速模型，并利用MATLAB及其仿真環境計算了包含風電場的電力系統機電暫態仿真，仿真程序可以模擬風電機組和風電場在各種風速擾動下的出力變化、風電場退出運行后系統各電氣量的變化過程，仿真內容包括：平均風、陣風、漸變風和隨機風的綜合作用的運行情況，以及llOkV系統輸電線路發生三相短路，斷線故障等大擾動后的動態過程等。輸出功率、風電場有功功率、無功功率、系統并網點電ffi的變化情況。仿真結果表明：在漸變風和輕微的負荷擾動情況下，風電場的有功、無功功率和并網點電壓變化不是很大，風電場仍能夠保持穩定狀態。當系統發生三相短路故障時，并網點電壓在故障時刻急劇下降至零，有功功率也為零，故障切除后，系統又重新回到動態穩定運行。通過對算例系統的仿真計算驗證了所建立的風電機組模型和仿真程序的正確性和可行性。本文的研究還有不足之處，對于直驅永磁同步風力發電機組只進行了潮流計算，而且是自己編程來實現的，跟專門計算潮流的軟件相比準確性欠佳。還有沒能對其在發生故障等擾動后的暫態穩定性進行仿真驗證，理論上出來的圖形跟實際中的數據還是存在一點小差異的。這些內容可在今后的研究工作中進一步完善。由于風速的不穩定性風力發電機組頻繁的與電網斷開，會導致電網的不穩定，所以將來發明風能的存儲裝置也是必要的。參考文獻 [1] [M].：中國電力出版社，2007. [2] 何仰贊，[M].：華中科技大學出版社，2006. [3] 于群，曹娜 .MATLAB/Simulink電力系統建模與仿真[M].北京：機械工業出版社，2011.[4] Ming Yin，Gengyin Li，Ming Zhou，Chengyong Zhao，Analysis and Comparison of Dynamic Models for the Doubly Fed Induction Generator Wind ，2006，30(13)：2227.[5] ， ， Modeling and Comparison of Wind Generator Topologies. The IEEE International Conference on Power Systems Transients，Montreal，Canada，2005，125131.[6] 戴慧珠，王偉勝，遲永寧. 風電場接入電力系統研究的新進展[J].電網技術,2007,31(20):1623.[7] 徐園，2008（4）:2630.[8] (D).合肥：合肥工業大學，2007.[9] 任麗亞，[J].中國科技信息，2007(2):2831.[10] (D).南昌：南昌大學，2007.[11] 梁琴琴. 基于Matlab仿真的風電場并網問題研究(D).昆明：昆明理工大學，2012.致 謝 首先,我要向我的指導教師曹娜老師致以最崇高的敬意和最誠摯的謝意！感謝曹老師在我畢業設計期間對我無私的幫助和深深的教誨！我的論文工作是在俞老師的耐心指導下完成的，其在學習和設計方面給我提供了良好的環境以及學習鍛煉的機會。俞老師嚴謹的教學態度，敏銳的教研洞察力，實事求是的作風使我受益匪淺。在撰寫論文期間，我還得到了指導老師賈雅瓊老師的幫助，在此向賈老師表示深深的謝意！謝謝你們！同時，我要感謝山東科技大學的教師們，是他們的深深的教導和鼓勵，使我能夠不斷克服困難，順利完成學業！也要感謝辛苦養育我的父母，感謝他們對我的全力支持，使我在人生道路上不怕困難，不斷進步。最后，向評閱本文的老師表示深深的謝意。