基于MATLAB的风力异步发电机动态仿真

　(总第72期)　　　　　　　　JOURNALOFELECTRICPOWER　　　　　　　　(Sum.72)

文章编号:　1005-6548(2005)03-0237-03

基于MATLAB的风力异步发电机动态仿真

王建生

(太原理工大学电子与电力工程学院,山西太原　030024)

Ξ

DynamicSimulationoftheWindTurbineAsynchronousGeneratorinMATLAB

WANGJian2sheng

(ElectricalandPowerEngineeringCollegeofTUT,Taiyuan　030024,China)摘　要:　基于MATLAB构建了适合风力发电的异步发电机并网动态仿真模型,并对此发电机系统的各种运行状态进行了动态仿真。关键词:　异步发电机;动态仿真;MATLAB中图分类号:　TM315　　文献标识码:　AAbstract:　Thewindturbineasynchronousgenera2torrunningsystemissimulatedinthispaper.ThesimulationmodulesaremadeinMATLABandthesimulationresultsareanalyzed.

KeyWords:　asynchronousgenerator;dynamicsim2ulation;matlab

电机参数采用标幺制,更具有普遍意义。

111　并网时间对电机起动电流的影响11111　发电机当转速为95%时挂到电网

发电机的仿真模型如图1所示,当转速达到额定转速95%时挂到电网的仿真结果如图2所示,仿真模块中的参数如表1和表2所示。

随着风力发电机建造成本的降低和制造技术的完善,风这种清洁能源的利用前景愈显光明。风力发电机的制造和性能改进也日益成为研究热点。

MATLAB作为新型的数值计算和仿真工具,

pn/W

图1　发电机并网仿真模型表1　鼠笼发电机参数

Vn/V

f/Hz

r1/pu

L1/pu

1038

r2/pu

220

L2/pu

50

Lm/pu

0.0201

J/kg・m2

0.0349

p

已广泛的应用于许多工程领域。它提供了丰富的仿真模块,为广大研究人员提供了方便快捷的系统分析、运算、仿真环境。

本文基于MATLAB6.5构建了适合风力发电的鼠笼式异步发电机并网仿真模型,并对此系统的性能做了动态仿真。

0.03770.03491.20820.0892

表2　仿真电路中其它参数

三相负载有功功率P/W

1000

三相负载无功功率Q/var

100

三相电容C/μF

142.37

11112　发电机在t=0s时挂到电网

1　异步发电机仿真模型的建立

采用的方法是:利用MATLAB软件的SIMULINK库中的仿真模块将系统搭建起来,模拟

根据图1的仿真模型,将发电机在t=0时就挂在电网上,仿真结果见图3。图3中各量均为标幺值,这样更容易看出并网时间不同对电机行性的影响。图2与图3分析比较可知,在发电机的转速

电网、开关、电容、电机和测量模块,进行动态仿真。

Ξ收稿日期:　2005-01-17　　　　修回日期:　2005-05-16

　　　作者简介:　王建生(1962-),男,山西太原人,工程师,电机开发设计。

　　　　　　　　　　　　　　　　　2005年电　力　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　238

达到一定速度后再将发电机并在电网上,将有效减小发电机冲击电流的作用时间,冲击电流的平均值也稍小一些。

图5　短路电流、转速、转差率、电磁转矩图2　电机达额定转速95%时并网的定子电流、转速、转矩

　　b1电机在短路后的电流频率将比电机稳定运行时的降低,这是由于电机的转速升高导致的。

c1由于电机短路后负载转矩没有撤掉,而电磁转矩趋于零,因而电机转速无限制上升。所以,应在发电机发生短路故障后,及时撤掉负载转矩,以免发生“飞车”现象。

3　对起动电流进行控制的电路

将图1中的并网控制开关换成晶闸管,则可对起动电流进行控制。双向晶闸管组成的控制器根据发电机转子转速,控制晶闸管的导通角从180°→0°变化。使发电机的起动电流在t=0s时刻为零,再随时间的推移而逐渐变大,仿真结果见图6。

图3　电机直接并网时的定子电流、转速、转矩

2　异步发电机三相突然短路时的仿真模型

在仿真模型图4(添加了三相短路器)中,t=0s时短路器刀闸断开,电机加负载;t=6s时将短

路器刀闸闭合,使电机三相短路,仿真结果见图5。

图6　电机定子电流、转速、机械转矩、转差率

图4　发电机突然三相短路仿真模型

　　由图6可得结论为:如果在t=0时就给发电机加上负载转矩,发电机的起动电流会很大。倍数

大、作用时间长的起动电流会对发电机的绝缘造成很大的压力,甚至发生事故。若在发电机与电网之

　　分析图5可得如下结论:

a1当发电机突然三相短路,短路电流将是额定电流的10～15倍。

第3期　　　　　　　　　王建生:基于MATLAB的风力异步发电机动态仿真　　　　　　　　　　239间加上晶闸管限流电路,控制晶闸管导通角的大小,即可有效减小发电机的起动电流。

参考文献:

[1]　叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京:机械工

4　结束语

本文用MATLAB对异步电机进行建模和仿

真,为电机的动态性能提供了1种便捷的算法。通过分析仿真结果,可看到和发电机实际运行情况大致相符。因此将MATLAB软件运用于电机及控制电路设计将是1种十分高效和可靠的方法。

业出版社,2002.

[2]　张鹏举.内蒙古辉腾锡勒风电场风能资源评价[J].电

力勘测,2000(3).

[3]　孙　亮.MATLAB语言与控制系统仿真[M].北京:北

京工业大学出版社,2001.

[责任编辑:王　琨]

(上接第236页)

方法,并对单元接线系统网络进行了合闸暂态模拟。从暂态模拟结果来看,考虑变压器励磁曲线将使得线路首、末2端的过电压峰值比不考虑励磁曲线时有所降低,但降低幅度不大。在若干个工频周波之后,前者的过电压会明显低于后者,这一影响在过电压防护设计中应当予以足够重视。

212　线路末端合闸暂态过电压仿真波形

考虑和忽略变压器励磁支路影响后的线路末端电压波形如图6和图7所示。

图6　有励磁支路时线路末端电压波形图

　　由图6、7可见,A相合闸过电压最大,考虑、忽略变压器励磁支路影响时分别有:Umax=2.01p.u.;

Umax=2.05p.u.,考虑励磁支路后过电压只降了

图7　无励磁支路时线路末端电压波形图

参考文献:

[1]　吴维韩,张芳榴1电力系统过电压数值计算[M]1北

2%。但2种波形在2～3个工频周波后相差明显,

其中C相最为明显,考虑励磁支路的电压波形明显低于不考虑励磁支路时的波形。为能在广泛的断路器随机合闸条件下进行对比,已逐次进行了200次不同分闸相角的暂态模拟,模拟统计结果表明,考虑励磁支路后所得过电压幅值比不考虑时可分别使线路首末端过电压峰值平均降低5%和3%,在2～3个工频周波后,过电压的减小将逐渐明显。

京:科学出版社,19891

[2]　Can2AmEMTPUserGroup.AlternativeTransientsPro2

gram(ATP)RuleBook.Portland,OR,1998.

[3]　张小青,吴维韩1电力系统中考虑铁磁元件磁滞特性

的暂态计算[J]1中国电机工程学报,1993(2):8～141

[4]　DommelHW.Nonlinearandtime2varyingelementsin

digitalsimulationofelectromagnetictransients.IEEETrans.OnPowerApparatusandSystems,1971,7(4):2561～25671

[责任编辑:王　琨]

3　结束语

本文介绍了变压器励磁非线性曲线的暂态模拟