基于Matlab的由双馈风力发电机组成的风电场仿真

基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真

这里仿真的对象是一个由6台1.5Mw双馈异步风力发电机组组成的9MW的风电场。这个风电场连接着一个25kV的分布式发电系统，它的电能通过35km长，电压等级为25kV的馈线（B25）输入到120kV的电网上。有2300kV，2MVA的用电设备也同样连接在B25这条馈线上。这些用电设备包括一台1.68MW的异步电动机和200kW的阻性负载。风电机和电动机负载都有保护系统控制着电压、电流和电动机转速。利用Matlab/Simulink建模并进行了三个方面仿真，其简化示意图及仿真模块图形见附录1。

一、双馈式风力发电机及其仿真模型简介

双馈式异步风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator)包含有：一个绕线式转子的异步发电机和一个基于IGBT的交-直-交PWM变频器。定子绕组直接连接到频率为60Hz的电网，转子通过交-直-交变频器的反馈来调节频率。双馈电机技术可以使风力发电机组在低风速情况下，通过优化风机转速，从风吸收最大的能量。而在狂风的情况下，可以使风机承受最小的机械压力。在给定风速的情况下，最优的驱动速度产生最大的机械能。当然这些能量都是同风速成比例的。在风速低于10m/s的情况下，转子运行于“次同步转速”。在高风速下，转子运行于“超同步转速”。打开风机的菜单选择“Turbine data”，然后选择“Display wind-turbine power characteristics”（见图1）。风机机械功率作为驱动转速的功能，在风速5m/s~16.2m/s的范围内可以被显示出来。双馈电机是根据这条红曲线来控制的。最佳的驱动转速是在曲线上的B点和C点之间。双馈电机的另一个优点是电力电子变频器可以产生或者吸收无功。这样就减少了鼠笼绕组式异步风电机所需的补偿无功的电容器组。

图1、双馈式风力发电机功率特征曲线

这个风电机模型可以用来做长时间仿真的暂态稳定性研究。这个模型中，系统的观测时间长达50 s。

打开风电机菜单，可以看到4组针对于风电机组（包括发电机和变频器）的菜单。这个6机组成的风电场，在仿真的过程中，是通过将一些单机的参数扩大至6倍来模拟的。 例如：

1、 额定机械转矩输出：6*1.5e6 watts，在Turbine data 栏。

2、 发电机额定功率：6*1.5/0.9 MVA (6*1.5 MW at 0.9 PF)，在Generator data栏。