专利名称：风气互补发电系统的孤岛运行仿真方法
技术领域：
本发明涉及一种风气互补发电系统的孤岛运行仿真方法，属风力发电技术领域。
背景技术：
风力发电技术发展迅速，目前世界主流机型MW级风机的技术已经基本成熟，并在实际中得到了广泛的应用。由于大规模风电场中的风机数量众多，输出的功率比较平滑，风速在瞬间的快速变化不会对功率的输出产生明显影响，所以紊流是可以忽略的。风场中的平均风速和风向在短时间内是确定的。作用在每台风机上的阵风和渐变风的起停时间是确定的，而且是可计算的。因此可以用一个风信号作为风电场的风速模型，取代作用在每台风机上的风速的时间序列。目前有很多文献研究了风电场对电网的影响，归纳总结主要有以下几个方面
1、对电能质量的影响，主要体现在对电压等的影响。风力发电对电网的影响主要有慢的(稳态)电压波动、快的电压波动(闪变)、波形畸变(谐波)、电压不平衡(负序电压)、 瞬态电压波动(电压跌落和凹陷)等；
2、对电网稳定性的影响，主要还是指电压稳定问题；主要原因是一方面风速的波动性和随机性引起的风电场出力随时间变化且难以准确预测，而导致风电接入系统时存在安全隐患；另一方面是薄弱电网中风电注入功率过高引起的电压稳定性下降。目前，人们为了改善风电并网的质量，做了很多能源互补的尝试，如风水互补、风光互补以及独立电网中的风柴互补等。风电-燃气轮机互补系统即风气互补系统，也是其中一种有效措施。燃气轮机发电具有建设周期短、启停迅速的特点，正好能够适应风电场由于风速大小的变化而引起的出力变化，与风力发电互补的系统必须能够满足快速启停的需要。这种互补系统是基于太阳能、风能和化石燃料能向电能、热能及机械能的转换，实现了不同能源的综合集成和能量的梯级利用。同时采用复合系统可以安全地提供电力，减少资源的浪费，降低污染物排放量，产生明显的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种风气互补发电系统的孤岛运行仿真方法，用以验证风气互补发电系统的电压稳定性和频率稳定性。为解决其技术问题，本发明采用的技术方案是应用变桨距控制、频率控制等运行控制策略，通过仿真分析风气互补发电系统孤岛运行时的异步电机转速、电网电压、控制负荷和固定负荷。孤岛运行的风气互补发电系统主要组成部分为燃气轮机、同步电机、励磁控制器、 风机、异步电机、变桨距控制系统、无功补偿器、主要负荷、次要负荷、控制负荷和频率控制器等。当风速较低、风机提供的能量不能满足负荷需求时，燃气轮机驱动的同步电机和风机驱动的异步电机同时给负荷提供电力；当风速较高、风机提供的能量可以满足负荷需求时， 关闭燃气轮机，同步电机空载运行，异步电机单独对负荷进行供电。变桨距控制系统通过控制风机桨叶角度改变桨叶相对于风速的攻角，从而改变风机从风中捕获的风能。在频率控制器的控制下，控制负荷的大小发生改变，变化范围为0-446. 25kW，并且以1. 75kW进行步进，维持电网的功率平衡，从而维持系统的电网电压频率。其中 1·燃气轮机
式(1)为燃气轮机方程。方程中的状态变量为电机角频率
fife燃料调速器输出参数i
权利要求
1. 一种风气互补发电系统的孤岛运行仿真方法，包括应用变桨距控制、频率控制运行控制策略，通过仿真分析风气互补发电系统孤岛运行时的异步电机转速、电网电压、控制负荷和固定负荷；该系统的设备主要由燃气轮机、同步电机、励磁控制器、风机、异步电机、变桨距控制系统、无功补偿器、主要负荷、次要负荷、控制负荷和频率控制器组成，其特征是 对风气互补发电系统孤岛运行进行仿真的条件是风速为llm/s，在0-0. 2s期间，固定负荷为SOkW的主要负荷，0. 2s时接入40kW的次要负荷，固定负荷变为主要负荷与次要负荷之和等于120kW ；仿用ode23tb算法，仿真时间为3s ；对系统进行仿真的方法是先建立系统的各个子模块，然后进行仿真，各个子模块的主要参数为(1)燃气轮机发电模块，燃气轮机与同步电机的主要参数为额定视在功率为300kVA，额定线电压为480V，极对数为2，额定功率因数为0. 85，及·为 0. 017pu, Xi 为 3. 23pu, Xti 为 0. 21pu, 为 0. 15pu, .X9 为 2. 79pu, 为 1. 03pu, 为 0. 37pu，漏抗 JT1 为 0. 09pu, ISe 为 1. 7s, 为 0. 008s, G 为 0. 213s，Ij 为 0. 004s,Tj为L's ；励磁控制器的主要参数为低通滤波器时间常数为0. 02s,主控制器增益为300，主控制器时间常数为0. OOls,阻尼滤波器增益为0. 001，阻尼滤波器时间常数为0. Is ；(2)风力发电模块，风机与异步电机的主要参数为额定风速为12m/s，额定视在功率为275kVA，额定线电压为480V，极对数为2，额定功率因数为0. 85，定子电阻为0. 016pu,定子漏感为0. 06pu，转子电阻为0. 015pu，转子漏感为0. 06pu，定转子互感为3. 5pu唇力4s ；变桨距控制系统的主要参数为桨距角比例控制常数为5，桨距角积分控制常数为25 ；(3)无功补偿模块，无功补偿模块主要由三个串联RLC负载组成，每个串联RLC负载的主要参数为额定电压为480V，有功功率为OkW，感性无功功率为Okvar，容性无功功率为 25kvar ；(4)主要负荷模块，主要负荷模块由一个三相并联RLC负载组成，三相并联RLC负载的主要参数为额定相电压为480V，三相有功功率为80kW，三相感性无功功率为Okvar，三相容性无功功率为Okvar ；(5)次要负荷模块，次要负荷模块由一个三相并联RLC负载组成，三相并联RLC负载的主要参数为额定相电压为480V，三相有功功率为40kW，三相感性无功功率为Okvar，三相容性无功功率为Okvar ；(6)控制负荷模块，控制负荷模块主要由控制负荷与频率控制器组成，控制负荷的主要参数为有功功率为0-446. 25kW，额定线电压为480V，步进有功功率为1. 75 kW，初始有功功率为50kW ；频率控制器的主要参数为相电压为460V，控制器比例控制常数为150，控制器微分控制常数为70，参考相位为lrad。
全文摘要
一种风气互补发电系统的孤岛运行仿真方法，该系统由燃气轮机、同步电机、励磁控制器、风机、异步电机、变桨距控制系统、无功补偿器、主要负荷、次要负荷、控制负荷和频率控制器组成，对风气互补发电系统孤岛运行进行仿真的条件是风速为11m/s，在0-0.2s期间，固定负荷为80kW的主要负荷，0.2s时接入40kW的次要负荷，固定负荷变为主要负荷与次要负荷之和，等于120kW；仿真采用ode23tb算法，仿真时间为3s；仿真方法是先建立系统的燃气轮机发电模块、风力发电模块、无功补偿模块、主要负荷模块、次要负荷模块和控制负荷模块，然后进行仿真，仿真结果表明，该系统电网电压的幅度和频率保持稳定，整个电网的功率一直保持平衡状态，该系统具有良好的可靠性和动态响应性能。
文档编号G05B17/02GK102360182SQ201110270068
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者杜云峰 申请人:电子科技大学