直驱风机01型-快速详细模型-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、机侧变流器控制、网侧变流器控制、简单电压穿越控制以及高低压穿越故障等模块的跟网型直驱风机01型-快速详细模型-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：8-25m/s
- 建议步长范围：1-10μs
- 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、机侧变流器控制中dq轴电流优先模式的切换
- 支持并网方式的切换
算例介绍
直驱风机01型-快速详细模型-标准模型-v1由电气主拓扑、风轮机及桨距角控制、机侧变流器控制、网侧变流器控制及高低压穿越故障等五个部分组成。
电气主拓扑由永磁同步发电机、交流滤波器、Chopper斩波电路、IGBT开关详细建模的变流器、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。
风轮机及桨距角控制由风力机模块、桨距角控制模块、转矩控制模块等机械部分组成，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。
机侧变流器控制由锁相环、Park变换、机侧dq轴内外环控制、机侧dq轴电流限幅值计算、机侧电压控制信号逆Park变换与输出机侧变流器PWM控制信号等部分组成，实现对机侧交流电压、并网点处输出有功功率的控制。
网侧变流器控制与机侧变流器控制的组成类似，用来实现对直流电压、并网点处输出无功功率的控制。无功功率控制部分包含电压穿越状态判断与无功电流补偿控制，具备简单的高低压穿越能力。
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。
算例仿真测试
对直驱风机01型-快速详细模型-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
直驱风机标准模型的切入、切出风速为3m/s、25m/s，目前可在8-25m/s的风速范围内长时间稳定运行。直驱风机01型-快速详细模型-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为并网点处的有功功率、黄色曲线P_MSC为机侧变流器处的有功功率；红色曲线P_LV为网侧变压器处的有功功率。
高低压穿越测试
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=2 | SCR=1.5 | SCR=1 | |
|---|---|---|---|
| 穿越情况 | ✓ | ✓ | × |
由上表测试结果可以看到，直驱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，直驱风机01型-快速详细模型-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。
由仿真结果可以看到，直驱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，表明直驱风机01型-快速详细模型-标准模型-v1穿越成功。
模型地址
点击打开模型地址：直驱风机01型-快速详细模型-标准模型-v1
附录
参数
永磁同步电机参数组
永磁同步电机PMSG相关参数
| 参数名 | 键名 | 类型 [单位] | 描述 |
|---|---|---|---|
| 额定容量 | Sbase_PM | 实数 [MVA] | 单台风机额定容量 |
| 额定线电压有效值 | Vbase_PM | 实数 [kV] | 风机额定线电压有效值 |
| 额定频率 | Freq_PM | 实数 [Hz] | PMSG额定电气频率 |
| 定子绕组电阻 | Rs_PM | 实数 [p.u.] | 定子绕组电阻 |
| 定子绕组漏电抗 | Xlr_PM | 实数 [p.u.] | 定子绕组漏电抗 |
| 定子d轴电抗 | Xld_PM | 实数 [p.u.] | 定子d轴电抗 |
| 定子q轴电抗 | Xlq_PM | 实数 [p.u.] | 定子q轴电抗 |
| d轴阻尼绕组电阻 | Rldd_PM | 实数 [p.u.] | d轴阻尼绕组电阻 |
| d轴阻尼绕组漏电抗 | Xldd_PM | 实数 [p.u.] | d轴阻尼绕组漏电抗 |
| q轴阻尼绕组电阻 | Rlqd_PM | 实数 [p.u.] | q轴阻尼绕组电阻 |
| q轴阻尼绕组漏电抗 | Xlqd_PM | 实数 [p.u.] | q轴阻尼绕组漏电抗 |
| 磁场强度 | Ms_PM | 实数 [p.u.] | 磁场强度 |
| 转子惯性时间常数 | Tj_PM | 实数 [s] | 转子惯性时间常数 |
| 机械阻尼时间常数 | Dm_PM | 实数 [p.u.] | 机械阻尼时间常数 |
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 |
| Pitch比例增益系数 | KpPitch_WT | 实数 [p.u.] | Pitch比例增益系数 |
| Pitch积分时间常数 | TiPitch_WT | 实数 [s] | Pitch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 |
| 网侧额定频率 | Freq_GSC | 实数 [Hz] | 网侧额定频率 |
| 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 |
| 并网点电压滤波器时间常数 | Tv_GSC | 实数 [s] | 并网点电压滤波器时间常数（0~1可调） |
| 机侧滤波电感 | L_MSC | 实数 [H] | 机侧滤波电感 |
| 网侧滤波电感 | L_GSC | 实数 [H] | 网侧滤波电感 |
| 机侧PWM控制载波倍频 | Cfreq_MSC | 实数 | 机侧PWM控制载波倍频 |
| 网侧PWM控制载波倍频 | Cfreq_GSC | 实数 | 网侧PWM控制载波倍频 |
| 机侧滤波器截止频率 | FreqCutOff_MSC | 实数 [Hz] | 机侧滤波器截止频率 |
| 网侧滤波器截止频率 | FreqCutOff_GSC | 实数 [Hz] | 网侧滤波器截止频率 |
| 机侧最大电流标幺值 | Imaxpu_MSC | 实数 [p.u.] | 机侧最大电流标幺值 |
| 网侧最大电流标幺值 | Imaxpu_GSC | 实数 [p.u.] | 网侧最大电流标幺值 |
| 机侧d轴或q轴优先级 | IlimPriority_MSC | 选择 | 机侧d轴或q轴优先级（0:Iq,1:Id) |
| 网侧d轴或q轴优先级 | IlimPriority_GSC | 选择 | 网侧d轴或q轴优先级（0:Iq,1:Id) |
| 机侧锁相环比例增益系数 | KpPll_MSC | 实数 [p.u.] | 机侧锁相环比例增益系数 |
| 机侧锁相环积分增益系数 | KiPll_MSC | 实数 [p.u.] | 机侧锁相环积分增益系数 |
| 机侧Id控制PI比例增益系数 | KpId_MSC | 实数 [p.u.] | 机侧Id控制PI比例增益系数 |
| 机侧Id控制PI积分时间常数 | TiId_MSC | 实数 [s] | 机侧Id控制PI积分时间常数 |
| 机侧Iq控制PI比例增益系数 | KpIq_MSC | 实数 [p.u.] | 机侧Iq控制PI比例增益系数 |
| 机侧Iq控制PI积分时间常数 | TiIq_MSC | 实数 [s] | 机侧Iq控制PI积分时间常数 |
| 机侧Vd控制PI比例增益系数 | KpVd_MSC | 实数 [p.u.] | 机侧Vd控制PI比例增益系数 |
| 机侧Vd控制PI积分时间常数 | TiVd_MSC | 实数 [s] | 机侧Vd控制PI积分时间常数 |
| 机侧Vq控制PI比例增益系数 | KpVq_MSC | 实数 [p.u.] | 机侧Vq控制PI比例增益系数 |
| 机侧Vq控制PI积分时间常数 | TiVq_MSC | 实数 [s] | 机侧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Q控制PI比例增益系数 | KpQ_GSC | 实数 [p.u.] | 网侧Q控制PI比例增益系数 |
| 网侧Q控制PI积分时间常数 | TiQ_GSC | 实数 [s] | 网侧Q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_MSC | 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_PM | 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 |
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 |