1.4型风力机的仿真方法

根据所代表的频率范围，目前在专门的电力系统中有三种仿真方法可以对连接在电网上的基于VSC的能量转换系统进行建模。

详细模型(离散)就像这个例子中所展示的。详细模型包括电力电子IGBT变换器的详细描述。为了在本例中使用的2000赫兹和3000赫兹开关频率达到可接受的精度，模型必须在一个相对较小的时间步长(2微秒)离散。这个模型非常适合在相对较短的时间内(通常是几百毫秒到一秒)观察谐波和控制系统动态性能。

平均模型(离散)例如可再生能源示例库中的power_wind_type_4_avg模型。在这种类型的模型中，IGBT电压源转换器(VSC)由等效电压源表示，产生的交流电压在开关频率的一个周期内平均。直流-直流变换器也采用了类似的方法。平均模型不表示谐波，但保留了控制系统和电力系统相互作用产生的动力学。该模型允许使用更大的时间步长(通常为50微秒)，从而允许数秒的模拟。

相量模型(连续)例如可再生能源示例库中的“power_wind_dfig”模型。这个模型更适合于模拟长时间(几十秒到几分钟)的低频机电振荡。在相量模拟方法中，正弦电压和电流被系统标称频率(50 Hz或60 Hz)的相量(复数)所代替。这与在暂态稳定软件中使用的技术相同。

2.描述

一个10兆瓦的风电场由5台2兆瓦的风力涡轮机组成，连接到一个25千伏的配电系统，通过一个30公里25千伏的馈线向120千伏的电网输出电力。

本例中介绍的4型风力发电机由一个连接二极管整流器的同步发电机、一个基于DC-DC igbt的PWM升压变换器和一个基于DC/AC igbt的PWM变换器组成。Type 4技术允许在低风速下通过优化涡轮速度从风中提取最大能量，同时最小化阵风期间对涡轮的机械应力。

在该示例中，风速在15米/秒处保持恒定。DC-DC转换器的控制系统用于将速度保持在1 PU。风力涡轮机产生的无功功率在0mvar处调节。

右键单击“风力涡轮机类型4”块，选择“在蒙版下查看”，查看模型是如何构建的。用于离散模型的样本时间(Ts= 2微秒)在模型属性的初始化函数中指定。

打开“风力发电机4型”模块菜单，可以看到发电机、变频器、风力发电机、传动系统和控制系统的数据。在“显示”菜单中选择“1台风力机的涡轮机数据”，勾选“显示风力机功率特性”，然后单击“应用”。涡轮Cp曲线如图1所示。图2中显示了涡轮功率、叶尖速比lambda和Cp值与风速的函数关系。风速为15m /s时，风机输出功率为额定功率的1pu，俯仰角为8.8°，发电机转速为1pu。

3.模拟

在本例中，您将观察到4型风力涡轮机的稳态运行及其对120千伏系统远程故障导致的电压下降的动态响应。打开“120kv”模块建模电压源，看看如何在t=0.03 s下编程六周期0.25 pu电压降

开始仿真。观察Scope块上的电压和电流波形。在模拟启动时，包含初始状态变量的“xInitial”变量将被自动加载(从“power_wind_type_4_det. exe”中)。mat”文件)，以便模拟以稳定状态开始。

最初4型风电场产生10兆瓦。相应的汽轮转速为发电机同步转速的1 pu。直流电压调节在1100v，无功功率保持在0mvar。在t=0.03 s时，正序电压突然下降到0.75 p.u，导致直流母线电压增加，Type 4风力机输出功率下降。在电压跌落期间，控制系统试图调节直流电压和无功功率在其设定点(1100 V, 0 Mvar)。排除故障后，系统恢复正常。

4.重新生成初始条件

本例设置了初始化所有状态，以便模拟以稳定状态启动。否则，由于长时间常数的机电部分的风力涡轮机模型和它的相对缓慢的调节器，你将不得不等待几十秒之前达到稳定状态。初始条件保存在“power_wind_type_4_det”中。垫”文件。当你开始模拟时，InitFcn回调(在模型属性/回调中)会自动将。mat文件的内容加载到你的工作空间中(“xInitial”变量在模拟/配置参数菜单中的“初始状态”参数中指定)。

如果你修改这个模型，或改变功率组件的参数值，存储在“xInitial”变量中的初始条件将不再有效，Simulink®将发出错误消息。金宝app要为修改后的模型重新生成初始条件，请遵循以下步骤:

1.在“配置参数”窗格中，取消勾选“初始状态”参数，并勾选“最终状态”参数。

2.在120kv三相电压源菜单中，通过将“时间变化”参数设置为“无”来关闭源电压步长。

3.为了缩短达到稳态所需的时间，暂时降低涡轮发电机组的惯性。打开风力涡轮机类型4菜单，并在驱动器列车数据和发电机数据中，将H惯性常量划分为10。

4.更改模拟停止时间为5秒。注意，为了产生与60hz电压源相位角相一致的初始条件，停止时间必须是60hz周期的整数。

5.将模拟模式从“普通模式”改为“加速模式”

6.开始仿真。当仿真完成时，通过查看Scope块上显示的波形来验证已达到稳定状态。随时间保存在“xFinal”结构中的最终状态可以用作未来模拟的初始状态。执行下面两个命令将这些最终条件复制到“xInitial”中，并将这个变量保存到一个新文件(myModel_init.mat)中。

> > xInitial = xFinal;

> >保存myModel_initxInitial

7.在模型属性窗格的InitFcn窗口中，将第一行初始化命令替换为“load myModel_init”。下次使用该模型启动模拟时，保存在myModel_init中的变量xInitial。Mat文件将被加载到工作区中。

8.在“配置参数”窗格中，检查“初始状态”。

9.在风力发电机和传动系数据中，将惯性常数H重置为其原始值。

10.启动模拟，并验证您的模型在稳定状态下启动。

11.在120kv三相电压源菜单中，将“Time variation of”参数设置为“Amplitude”。

12.改变模拟停止时间和模拟模式回到他们的原始值(0.2秒，正常)。

13.保存您的模型。