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双馈风机01型-平均模型-标准模型-v1

案例介绍​

包含风轮机及桨距角控制、最大功率追踪控制、转子侧变流器控制、网侧变流器控制、脱网保护控制、简单电压穿越控制以及高低压穿越故障等模块的跟网型双馈风机01型-平均模型-标准模型-v1的典型案例。

使用方法说明​

适用场景​

支持多短路比下的单机并网测试，适用于以下分析场景：

  • 风速变化响应测试
  • 高低电压穿越测试
  • 风机控制策略验证
  • 不同电网强度下的风机运行特性分析

适用范围​

  • 可稳定运行的风速范围：3-25m/s
  • 建议步长范围：1-50μs
  • 高低压穿越成功的短路比≥1.5

功能概述​

  • 高低电压穿越电压阈值、变流器PI控制参数、初始风速等参数均开放可调
  • 支持网侧变流器控制中dq轴电流优先模式的切换
  • 支持并网方式的切换
  • 脱网保护控制、撬棒电路可切换启用/禁用状态

算例介绍​

双馈风机01型-平均模型-标准模型-v1由电气主拓扑、风轮机及桨距角控制、转子侧变流器控制、网侧变流器控制、撬棒过压保护控制及高低压穿越故障等六个部分组成。

电气主拓扑由绕线式感应电机、交流滤波器、Chopper斩波电路、等效受控电压源/电流源建模的变流器、撬棒过压保护电路、升压变压器及单元测试组成。
风机并网有两种方式可以选择：风机直接与理想电压源相连；风机经线路阻抗后与理想电压源相连，线路阻抗大小由短路比、阻抗比计算得到。两种并网方式的切换以及短路比、阻抗比的大小均可在参数组中进行设置。

电气主拓扑
电气主拓扑

风轮机及桨距角控制由风力机模块、桨距角控制模块、MPPT控制模块等部分组成，这些模块的功能为捕获风功率、调节桨距角、实现最大功率追踪。

风轮机及桨距角控制
风轮机及桨距角控制

转子侧变流器控制由锁相环、Park变换、转子侧dq轴内外环控制、转子侧dq轴电流限幅值计算、转子侧电压控制信号逆Park变换、输出转子侧变流器PWM控制信号，以及脱网保护控制等部分组成，实现对并网点处输出有功、无功功率的控制。无功功率控制部分包含电压穿越状态判断，具备简单的高低压穿越能力。

转子侧变流器控制
转子侧变流器控制

网侧变流器控制与转子侧变流器控制的组成类似，用来实现对直流电压、网侧变流器输出无功功率的控制。

网侧变流器控制
网侧变流器控制

撬棒过压保护控制在电网故障时短接转子绕组，限制电流，从而达到保护变流器的目的。

撬棒过压保护控制
撬棒过压保护控制

为方便进行高低压穿越测试，搭建了适用于经线路阻抗后与理想电压源相连时的高低压穿越故障模块，用户在参数方案中选取电压穿越类型，即可自动启用并设置相应的故障阻抗与故障持续时间。目前给出的故障阻抗参数适用于短路比为2时的工况。

高低压穿越故障模块
高低压穿越故障模块

算例仿真测试​

对双馈风机01型-平均模型-标准模型-v1分别进行了变风速测试和高低压穿越测试。

变风速测试结果​

双馈风机标准模型的切入、切出风速为3m/s、25m/s，可在该风速范围内正常运行。双馈风机01型-平均模型-标准模型-v1在变风速测试中的仿真结果如下。其中，蓝色曲线P_HV为并网点处有功功率、黄色曲线P_IM为异步电机处有功功率；红色曲线P_LV为网侧变压器处有功功率。

风速变化曲线
风速变化曲线
有功功率曲线
有功功率曲线

高低压穿越测试结果​

按照《GB/T 36995-2018, 风力发电机组 故障电压穿越能力测试规程》国标要求进行高低压穿越测试，测试结果如下列各表所示（✓代表穿越成功，×代表穿越失败）。

SCR=2SCR=1.5SCR=1
穿越情况✓✓×

由上表测试结果可以看到，双馈风机标准模型可在短路比≥1.5时，在高低压穿越测试中穿越成功。
以下为SCR=2时，双馈风机01型-平均模型-标准模型-v1在三相20%Un跌落、三相130%Un抬升工况下的仿真结果。其中，蓝色曲线Vrms_HV为并网点电压、黄色曲线P_HV为并网点处有功功率、红色曲线Q_HV为并网点处无功功率。

三相20%Un跌落仿真结果
三相20%Un跌落仿真结果
三相130%Un抬升仿真结果
三相130%Un抬升仿真结果

由仿真结果可以看到，双馈风机标准模型在电网电压跌落、抬升期间，输出有功、无功功率能够按照故障电压穿越能力的要求响应电压变化，且并网点电压能够在故障切除后恢复至初始状态，表明双馈风机01型-平均模型-标准模型-v1穿越成功。

模型地址​

点击打开模型地址：双馈风机01型-平均模型-标准模型-v1

附录​

参数​

双馈异步电机参数组​

双馈异步电机DFIG相关参数

参数名键名类型 [单位]描述
额定容量Sbase_IM实数 [MVA]单台风机额定容量
额定线电压有效值Vbase_IM实数 [kV]感应电机额定线电压有效值
额定频率Freq_IM实数 [Hz]感应电机额定电气频率
定/转子绕组匝数比Trnr_IM实数感应电机定/转子绕组匝数比
最大转差率Slipmax_IM实数感应电机最大转差率
定子电阻Rs_IM实数 [p.u.]定子电阻
定子漏电抗Xls_IM实数 [p.u.]定子漏电抗
激磁电抗Xm_IM实数 [p.u.]激磁电抗
转子电阻Rr_IM实数 [p.u.]转子电阻
转子漏电抗Xlr_IM实数 [p.u.]转子漏电抗
惯性时间常数Tj_IM实数 [s]感应电机惯性时间常数
机械阻尼Dm_IM实数 [p.u.]机械阻尼

风力机参数组​

风力机WindTurbine相关参数

参数名键名类型 [单位]描述
基准有功功率Pbase_WT实数 [MW]基准有功功率
风轮机叶片半径Radturb_WT实数 [m]风轮机叶片半径
风轮机额定转速下的涡轮转速Vrotnom_WT实数 [rpm]风轮机额定转速下的涡轮转速
最大桨距角Pitchmax_WT实数 [deg]最大桨距角
最小桨距角Pitchmin_WT实数 [deg]最小桨距角
参考机械速度Wref_WT实数 [p.u.]参考机械速度
切入风速VwCutIn_WT实数 [m/s]切入风速
切出风速VwCutOut_WT实数 [m/s]切出风速
桨距角控制PI比例增益系数KpPitch_WT实数 [p.u.]桨距角控制PI比例增益系数
桨距角控制PI积分时间常数TiPitch_WT实数 [s]桨距角控制PI积分时间常数
风速Vwind_WT实数 [m/s]风速
空气密度Rho_WT实数 [kg/m3]空气密度

变流器及其控制参数组​

变流器及其控制Converter_and_converter_controller相关参数

参数名键名类型 [单位]描述
直流电压基准值Vdcbase_DC实数 [kV]直流电压基准值
直流母线电容Cap_DC实数 [F]直流母线电容
网侧滤波电感L_LV实数 [H]网侧滤波电感
是否启用二极管闭锁Dflag_VSC布尔是否启用二极管闭锁
低电压穿越电压阈值Vlow_HV实数 [p.u.]低电压穿越电压阈值
高电压穿越电压阈值Vhigh_HV实数 [p.u.]高电压穿越电压阈值
网侧滤波器截止频率FreqCutOff_LV实数 [Hz]网侧滤波器截止频率
转子侧最大电流标幺值Imaxpu_RSC实数 [p.u.]转子侧最大电流标幺值
网侧最大电流标幺值Imaxpu_GSC实数 [p.u.]网侧最大电流标幺值
网侧电流限制优先级IlimPriority_GSC选择网侧电流限制优先级(0:无功优先,1:有功优先)
转子侧锁相环比例增益系数KpPll_RSC实数 [p.u.]转子侧锁相环比例增益系数
转子侧锁相环积分增益系数KiPll_RSC实数 [p.u.]转子侧锁相环积分增益系数
转子侧Id控制PI比例增益系数KpId_RSC实数 [p.u.]转子侧Id控制PI比例增益系数
转子侧Id控制PI积分时间常数TiId_RSC实数 [s]转子侧Id控制PI积分时间常数
转子侧Q控制PI比例增益系数KpQ_RSC实数 [p.u.]转子侧Q控制PI比例增益系数
转子侧Q控制PI积分时间常数TiQ_RSC实数 [s]转子侧Q控制PI积分时间常数
转子侧Iq控制PI比例增益系数KpIq_RSC实数 [p.u.]转子侧Iq控制PI比例增益系数
转子侧Iq控制PI积分时间常数TiIq_RSC实数 [s]转子侧Iq控制PI积分时间常数
转子侧Vd控制PI比例增益系数KpVd_RSC实数 [p.u.]转子侧Vd控制PI比例增益系数
转子侧Vd控制PI积分时间常数TiVd_RSC实数 [s]转子侧Vd控制PI积分时间常数
转子侧Vq控制PI比例增益系数KpVq_RSC实数 [p.u.]转子侧Vq控制PI比例增益系数
转子侧Vq控制PI积分时间常数TiVq_RSC实数 [s]转子侧Vq控制PI积分时间常数
网侧锁相环比例增益系数KpPll_GSC实数 [p.u.]网侧锁相环比例增益系数
网侧锁相环积分增益系数KiPll_GSC实数 [p.u.]网侧锁相环积分增益系数
网侧Id控制PI比例增益系数KpId_GSC实数 [p.u.]网侧Id控制PI比例增益系数
网侧Id控制PI积分时间常数TiId_GSC实数 [s]网侧Id控制PI积分时间常数
网侧Iq控制PI比例增益系数KpIq_GSC实数 [p.u.]网侧Iq控制PI比例增益系数
网侧Iq控制PI积分时间常数TiIq_GSC实数 [s]网侧Iq控制PI积分时间常数
网侧Vd控制PI比例增益系数KpVd_GSC实数 [p.u.]网侧Vd控制PI比例增益系数
网侧Vd控制PI积分时间常数TiVd_GSC实数 [s]网侧Vd控制PI积分时间常数
网侧Vq控制PI比例增益系数KpVq_GSC实数 [p.u.]网侧Vq控制PI比例增益系数
网侧Vq控制PI积分时间常数TiVq_GSC实数 [s]网侧Vq控制PI积分时间常数

启动时序参数组​

启动时序参数组Start_sequence相关参数

参数名键名类型 [单位]描述
网侧低压母线并网延时DBlk实数 [s]网侧低压母线并网延时
网侧变流器启动延时DBlk_GSC实数 [s]网侧变流器启动延时
转子侧变流器启动延时DBlk_RSC实数 [s]转子侧变流器启动延时
电机转速控制切换至转矩延时S2TMode_IM实数 [s]电机转速控制切换至转矩延时

直流斩波器参数组​

直流斩波器Chopper_DC相关参数

参数名键名类型 [单位]描述
chopper电路导通电压VdcChopOn_DC实数 [p.u.]chopper电路导通电压
chopper电路断开电压VdcChopOff_DC实数 [p.u.]chopper电路断开电压

撬棒电路参数组​

撬棒电路Crowbar_RS相关参数

参数名键名类型 [单位]描述
Crowbar电路投入标志位CrowEnab_RS布尔Crowbar电路投入标志位(0:不投入,1:投入)
Crowbar电路导通电压VdcCrowOn_RS实数 [kV]Crowbar电路导通电压
Crowbar电阻RCrow_RS实数 [Ω]Crowbar电阻
Crowbar电感LCrow_RS实数 [H]Crowbar电感
Crowbar触发持续时间TimeCrow_RS实数 [s]Crowbar触发持续时间
最大转子电流ICrow_RS实数 [kA]最大转子电流

脱网保护控制​

脱网保护控制

参数名键名类型 [单位]描述
是否启用脱网保护控制Trip_Enable_VRT布尔是否启用脱网保护控制
脱网后是否再次并网Reflag_VRT选择脱网后是否再次并网
低压保护拐点1时刻TL1_LV实数 [s]低电压穿越保护曲线拐点1时刻
低压保护拐点1电压值VL1_LV实数 [p.u.]低电压穿越保护曲线拐点1电压值
低压保护拐点2时刻TL2_LV实数 [s]低电压穿越保护曲线拐点2时刻
低压保护拐点2电压值VL2_LV实数 [p.u.]低电压穿越保护曲线拐点2电压值
高压保护拐点1时刻TH1_HV实数 [s]高电压穿越保护曲线拐点1时刻
高压保护拐点1电压值VH1_HV实数 [p.u.]高电压穿越保护曲线拐点1电压值
高压保护2时刻TH2_HV实数 [s]高电压穿越保护曲线拐点2时刻
高压保护2电压值VH2_HV实数 [p.u.]高电压穿越保护曲线拐点2电压值

单元测试​

单元测试

参数名键名类型 [单位]描述
并网点线电压有效值Vbase_HV实数 [kV]并网点线电压有效值
风机并网方式GridType选择风机并网方式
系统短路比SCR实数系统短路比
系统阻抗比XR实数系统阻抗比
电压穿越类型Fault_type选择电压穿越类型
理想电压源是否为故障电压源FaultSet选择理想电压源是否为故障电压源
理想电压源故障开始时间FaultStartTime实数 [s]理想电压源故障开始时间
理想电压源故障结束时间FaultEndTime实数 [s]理想电压源故障结束时间
理想电压源故障电压降FaultDropRatio实数 [p.u.]理想电压源故障电压降