[发明专利]一种直驱风力发电机组动态仿真模拟系统

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种动态仿真模拟系统，尤其是涉及一种直驱风力发电机组动态仿真模拟系统。

背景技术

基于永磁同步发电机（PMSG）的直驱式变速恒频风力发电系统在性能、可靠性、成本及低电压穿越等方面具有较高的优势，由此构成的大型风电场等新能源接入电网从而给电网引入了含有大量电力电子装置的波动性电源和负荷。且当附近有电气化铁路这样的冲击性负荷接入时，情况变得更加复杂。而一般的常规模型不足以精细模拟复杂负荷环境下风电机组的动态行为，缺乏深入研究现代电网环境下影响电网电能质量的有效工具。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种解决了大规模风电场和类似于电气化铁路这种冲击性负荷接入电网的模型需求，为解决带有此类负荷的电网仿真提供了有效工具。通过仿真模拟分析复杂电网络环境下电力系统的运行特性，提高电网供电质量，增强电网的运行可靠性，提供了参考依据的一种直驱风力发电机组动态仿真模拟系统。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种直驱风力发电机组动态仿真模拟系统，其特征在于，包括：

一风速模拟模块：根据四分量法够成模拟基本风、阵风、渐变风、噪声风；风速模拟模块是根据四分量法构成的模拟自然风的风速模拟模块，包含四个分量，分别是基本风、阵风、渐变风噪声风来实现风速的模拟，同时可以输入历史数据来模拟实际风况

一传动系统模拟模块：考虑桨距角调节；所述传动系统模拟模块根据主流的两只块模拟模块构成传动系统部分，实现机械转矩的输入；

一直驱同步发电机模拟模块：转子侧和网侧双PWM的交直交变流器的；实现机械功率到电磁功率的转换；

一控制系统模拟模块：能够控制直驱风机桨矩角和转自侧电流网侧功率因数及直流母线电压；控制系统模拟模块通过转子磁链矢量和电网电压定向矢量控制策略，实现功率的稳定输出和功率因数的恒定；直驱风机发出的符合电网要求的电能输入到电网上。

所述风速模拟模块、传动系统模拟模块、直驱同步发电机模拟模块依次连接；所述直驱同步发电机模拟模块与变流器连接，所述变流器连接控制系统模拟模块；所述变流器与电网连接。

在上述的一种直驱风力发电机组动态仿真模拟系统，所述风速模拟模块的具体工作步骤如下：

利用第五代中尺度模式MM5专业气象数值分析方法（MM5是基于天气运动变化的非线性变化偏微分方程组，处理大密度的数据、进行复杂的运算），据风电场设立点获取的气象观测资料数据计算预测风机安装点的风速数据。自定义动态链接库模块，嵌入仿真模型。读取预测数据输入，采用四分量法, 将风速分解为基本风v_m 、阵风v_g、渐变风v_r 和随机风v_n, 作用在风力机上的风速v_w 为以上4 个分量的叠加，提供给直驱风力发电机组动态仿真模拟模块使用。

在上述的一种直驱风力发电机组动态仿真模拟系统，所述传动系统模拟模块的具体工作步骤如下：直驱风力发电机组的转子采用永磁式结构，风力机与永磁同步发电机通过轴系直接耦合,使用比例环节描述风机轴功率到发电机轴功率的传递关系，利于二维插值表加PI控制构造风速、机组转速到桨距角的控制，实现最佳风功率获取功能。

在上述的一种直驱风力发电机组动态仿真模拟系统，所述直驱同步发电机模拟模块的具体工作步骤如下：直驱风力发电机组采用永磁同步电机，不需要电功率励磁，定子绕组切割固定在转子上的永磁体形成的磁场，通过电磁感应作用产生与旋转速度成正比的感应电动势，在闭合回路中形成感应电流，实现从机械功率到电功率的转换。

在上述的一种直驱风力发电机组动态仿真模拟系统，所述控制系统模拟模块的具体工作步骤如下：控制系统包括综合协调控制、桨矩角控制、变流器控制，其中：

综合协调控制根据人机交互自行设定生成各个子系统的指令信号。

桨矩角控制：利用模型风机实验获取不同风机桨矩角下，风速、机组转速与输出功率的关系，构造二维插值表；控制系统模块利用这个二维表根据风速确定最大的机械功率输出，并依据最大直流电压和直流电流输出限制确定合适的输出电流和电压，从输出的直流电压确定机组转速，再通过PI控制实现桨矩角与机组转速的协联调整。