專利名稱：風氣互補發(fā)電系統(tǒng)的孤島運行仿真方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風氣互補發(fā)電系統(tǒng)的孤島運行仿真方法，屬風力發(fā)電技術領域。
背景技術：
風力發(fā)電技術發(fā)展迅速，目前世界主流機型MW級風機的技術已經(jīng)基本成熟，并在實際中得到了廣泛的應用。由于大規(guī)模風電場中的風機數(shù)量眾多，輸出的功率比較平滑，風速在瞬間的快速變化不會對功率的輸出產(chǎn)生明顯影響，所以紊流是可以忽略的。風場中的平均風速和風向在短時間內(nèi)是確定的。作用在每臺風機上的陣風和漸變風的起停時間是確定的，而且是可計算的。因此可以用一個風信號作為風電場的風速模型，取代作用在每臺風機上的風速的時間序列。目前有很多文獻研究了風電場對電網(wǎng)的影響，歸納總結(jié)主要有以下幾個方面
1、對電能質(zhì)量的影響，主要體現(xiàn)在對電壓等的影響。風力發(fā)電對電網(wǎng)的影響主要有慢的(穩(wěn)態(tài))電壓波動、快的電壓波動(閃變)、波形畸變(諧波)、電壓不平衡(負序電壓)、 瞬態(tài)電壓波動(電壓跌落和凹陷)等；
2、對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，主要還是指電壓穩(wěn)定問題；主要原因是一方面風速的波動性和隨機性引起的風電場出力隨時間變化且難以準確預測，而導致風電接入系統(tǒng)時存在安全隱患；另一方面是薄弱電網(wǎng)中風電注入功率過高引起的電壓穩(wěn)定性下降。目前，人們?yōu)榱烁纳骑L電并網(wǎng)的質(zhì)量，做了很多能源互補的嘗試，如風水互補、風光互補以及獨立電網(wǎng)中的風柴互補等。風電-燃氣輪機互補系統(tǒng)即風氣互補系統(tǒng)，也是其中一種有效措施。燃氣輪機發(fā)電具有建設周期短、啟停迅速的特點，正好能夠適應風電場由于風速大小的變化而引起的出力變化，與風力發(fā)電互補的系統(tǒng)必須能夠滿足快速啟停的需要。這種互補系統(tǒng)是基于太陽能、風能和化石燃料能向電能、熱能及機械能的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了不同能源的綜合集成和能量的梯級利用。同時采用復合系統(tǒng)可以安全地提供電力，減少資源的浪費，降低污染物排放量，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種風氣互補發(fā)電系統(tǒng)的孤島運行仿真方法，用以驗證風氣互補發(fā)電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性。為解決其技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是應用變槳距控制、頻率控制等運行控制策略，通過仿真分析風氣互補發(fā)電系統(tǒng)孤島運行時的異步電機轉(zhuǎn)速、電網(wǎng)電壓、控制負荷和固定負荷。孤島運行的風氣互補發(fā)電系統(tǒng)主要組成部分為燃氣輪機、同步電機、勵磁控制器、 風機、異步電機、變槳距控制系統(tǒng)、無功補償器、主要負荷、次要負荷、控制負荷和頻率控制器等。當風速較低、風機提供的能量不能滿足負荷需求時，燃氣輪機驅(qū)動的同步電機和風機驅(qū)動的異步電機同時給負荷提供電力；當風速較高、風機提供的能量可以滿足負荷需求時， 關閉燃氣輪機，同步電機空載運行，異步電機單獨對負荷進行供電。變槳距控制系統(tǒng)通過控制風機槳葉角度改變槳葉相對于風速的攻角，從而改變風機從風中捕獲的風能。在頻率控制器的控制下，控制負荷的大小發(fā)生改變，變化范圍為0-446. 25kW，并且以1. 75kW進行步進，維持電網(wǎng)的功率平衡，從而維持系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓頻率。其中 1·燃氣輪機
式(1)為燃氣輪機方程。方程中的狀態(tài)變量為電機角頻率
fife燃料調(diào)速器輸出參數(shù)i
權利要求
1. 一種風氣互補發(fā)電系統(tǒng)的孤島運行仿真方法，包括應用變槳距控制、頻率控制運行控制策略，通過仿真分析風氣互補發(fā)電系統(tǒng)孤島運行時的異步電機轉(zhuǎn)速、電網(wǎng)電壓、控制負荷和固定負荷；該系統(tǒng)的設備主要由燃氣輪機、同步電機、勵磁控制器、風機、異步電機、變槳距控制系統(tǒng)、無功補償器、主要負荷、次要負荷、控制負荷和頻率控制器組成，其特征是 對風氣互補發(fā)電系統(tǒng)孤島運行進行仿真的條件是風速為llm/s，在0-0. 2s期間，固定負荷為SOkW的主要負荷，0. 2s時接入40kW的次要負荷，固定負荷變?yōu)橹饕摵膳c次要負荷之和等于120kW ；仿用ode23tb算法，仿真時間為3s ；對系統(tǒng)進行仿真的方法是先建立系統(tǒng)的各個子模塊，然后進行仿真，各個子模塊的主要參數(shù)為(1)燃氣輪機發(fā)電模塊，燃氣輪機與同步電機的主要參數(shù)為額定視在功率為300kVA，額定線電壓為480V，極對數(shù)為2，額定功率因數(shù)為0. 85，及·為 0. 017pu, Xi 為 3. 23pu, Xti 為 0. 21pu, 為 0. 15pu, .X9 為 2. 79pu, 為 1. 03pu, 為 0. 37pu，漏抗 JT1 為 0. 09pu, ISe 為 1. 7s, 為 0. 008s, G 為 0. 213s，Ij 為 0. 004s,Tj為L's ；勵磁控制器的主要參數(shù)為低通濾波器時間常數(shù)為0. 02s,主控制器增益為300，主控制器時間常數(shù)為0. OOls,阻尼濾波器增益為0. 001，阻尼濾波器時間常數(shù)為0. Is ；(2)風力發(fā)電模塊，風機與異步電機的主要參數(shù)為額定風速為12m/s，額定視在功率為275kVA，額定線電壓為480V，極對數(shù)為2，額定功率因數(shù)為0. 85，定子電阻為0. 016pu,定子漏感為0. 06pu，轉(zhuǎn)子電阻為0. 015pu，轉(zhuǎn)子漏感為0. 06pu，定轉(zhuǎn)子互感為3. 5pu唇力4s ；變槳距控制系統(tǒng)的主要參數(shù)為槳距角比例控制常數(shù)為5，槳距角積分控制常數(shù)為25 ；(3)無功補償模塊，無功補償模塊主要由三個串聯(lián)RLC負載組成，每個串聯(lián)RLC負載的主要參數(shù)為額定電壓為480V，有功功率為OkW，感性無功功率為Okvar，容性無功功率為 25kvar ；(4)主要負荷模塊，主要負荷模塊由一個三相并聯(lián)RLC負載組成，三相并聯(lián)RLC負載的主要參數(shù)為額定相電壓為480V，三相有功功率為80kW，三相感性無功功率為Okvar，三相容性無功功率為Okvar ；(5)次要負荷模塊，次要負荷模塊由一個三相并聯(lián)RLC負載組成，三相并聯(lián)RLC負載的主要參數(shù)為額定相電壓為480V，三相有功功率為40kW，三相感性無功功率為Okvar，三相容性無功功率為Okvar ；(6)控制負荷模塊，控制負荷模塊主要由控制負荷與頻率控制器組成，控制負荷的主要參數(shù)為有功功率為0-446. 25kW，額定線電壓為480V，步進有功功率為1. 75 kW，初始有功功率為50kW ；頻率控制器的主要參數(shù)為相電壓為460V，控制器比例控制常數(shù)為150，控制器微分控制常數(shù)為70，參考相位為lrad。
全文摘要
一種風氣互補發(fā)電系統(tǒng)的孤島運行仿真方法，該系統(tǒng)由燃氣輪機、同步電機、勵磁控制器、風機、異步電機、變槳距控制系統(tǒng)、無功補償器、主要負荷、次要負荷、控制負荷和頻率控制器組成，對風氣互補發(fā)電系統(tǒng)孤島運行進行仿真的條件是風速為11m/s，在0-0.2s期間，固定負荷為80kW的主要負荷，0.2s時接入40kW的次要負荷，固定負荷變?yōu)橹饕摵膳c次要負荷之和，等于120kW；仿真采用ode23tb算法，仿真時間為3s；仿真方法是先建立系統(tǒng)的燃氣輪機發(fā)電模塊、風力發(fā)電模塊、無功補償模塊、主要負荷模塊、次要負荷模塊和控制負荷模塊，然后進行仿真，仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)電網(wǎng)電壓的幅度和頻率保持穩(wěn)定，整個電網(wǎng)的功率一直保持平衡狀態(tài)，該系統(tǒng)具有良好的可靠性和動態(tài)響應性能。
文檔編號G05B17/02GK102360182SQ201110270068
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權日2011年9月14日
發(fā)明者杜云峰 申請人:電子科技大學