实验一风力发电机组运行实验
一．实验目的
熟悉异步风电机组的工作原理及其并网过程，掌握风速波动时异步风电机组的输出特性和电网故障时异步风电机组的输出特性。
二．实验内容
1. 搭建一个单机容量为1.5MW的异步风力发电系统，并实现其并网运行，电网由单机无穷大系统代替。
2．对该异步风力发电系统和单机无穷大系统中各个模块进行参数设置。
3．观察并记录风速波动时异步风电机组的输出特性和电网故障时异步风电机组的输出特性。
三．实验设备及仪器
1．计算机。
2．MATLAB软件。
四．实验方法
1．并网运行异步风电机组的系统结构
基于普通感应发电机的异步风电机组，一般由风轮、轴系（包括低速轴LS、高速轴HS 和齿轮箱组成）、感应发电机等组成，如图1-1所示。
发电机转子通过轴系与风电机组风轮连接，而发电机定子回路与电网用交流线路连接。
这种类型的风电机组一旦起动，其风轮转速是不变的（取决于电网的系统频率），与风速无关。
在电力系统正常运行的情况下，风轮转速随感应发电机的滑差变化。
风电机在额定功率运行状态下，发电机滑差的变化范围为1%~2%,因此正常运行时风轮转速仅在很小范围内变化。
图1-1 基于普通感应发电机的异步风电机组
2．并网运行异步风电机组的仿真模型搭建
首先找到MA TLAB软件并打开，在主页面的菜单栏下面一行点击simulink的标志
，或者在命令行输入Simulink，执行后就会弹出Simulink Library Browser下图1所示。
图2-1 Simulink Library Browser
然后新建一个model，点击上图file下面的白色框，或者点击file中的new model，弹出图2-2所示图形，然后保存，文件名字一定不能写成中文名，最好用英文字母命名，路径名也最好不要有中文。
图2-2 simulink仿真模型
然后，在图2-1仿真库文件中的Enter search term处输入要找的库元件模块。
上面步骤做好后，开始搜索风电机组所需的元件模块。
如图2-3，按照图中每个模块下面的名字搜索即可。
搜索到想要的模块后，直接拖曳到图2-2中即可，然后按照图2-3将各个模块连接起来。
如果对某个模块的功能不熟悉，可以双击模块，然后选择help，就会有这个模块的一些功能介绍。
注意：图中的from模块接的是Bus selector 模块，是将From模块中的很多变量分开表示出，这个两个模块要先连接起来，才能在、Bus selector 中选择变量。
当然Goto模块要先与Wind Turbine Induction Generator先连接，From模块才能用。
Bus Selector中选择的变量主要来自表2-1中，主要选择wr、P、Q、Pitch_angle和Vabc。
图2-3 并网运行异步风电系统的仿真模型
图2-3中，右键单击风电机组模块(Wind Turbine)，然后单击弹出对话框“Look under mask”选项，打开后可见风电机组子系统结构如图2-4所示，包括风力机(Wind Turbine)和感应发电机(Asynchronous Machine)两部分。
图2-4 异步风电机组子系统结构
表2-1 异步风电机的内部信号
3．模块参数设置
Powergui的设置，双击powergui模块，在弹出的对话框中选择最上面的Configure parameters，参数设置如图3-1
图3-1 powergui的参数设置
图3-2 Three-Phase Source 的参数设置
图3-3 Three-Phase Transformer(Two Windings)的参数设置
图3-4 Three-Phase PI Section Line的参数设置
图3-5 Three-Phase Fault的参数设置
图3-6 Three-Phase PI Section Line的参数设置
图3-7 Three-Phase Transformer(Two Winding)1的参数设置
图3-8 Three-Phase V-I Measurement的参数设置图3-9中的Turbine data显示风力机数据参数对话框，Generator data则显示
发电机数据参数对话框。
图3-9风电机组模块的参数设置
在进行Bus Selector模块参数设置前，一定要先与From模块连接好后。
参
数设置如图3-10所示。
先将左边框变量选中，然后点击中间的Select，变量就会
出现在右边框中，不要的变量可以点击最左边的Remove。
图3-10 Bus Selector模块的参数设置
Step模块的参数设置就是风速的设置，可以自定义设置，用阶跃模块(Step)、斜波模块(Ramp)或者随机发生器模块(Random Number或Uniform Random Number)分别模拟阵风、渐变风和随机风。
图2-3中的Step模块参数设置如图3-11
所示。
Rate Limiter模块参数如图3-12所示。
图3-12 Rate Limiter模块的设置
4、仿真运行
（1）风速波动时风电机组输出特性仿真
按照(1)中各个模块的参数设置好后，在图2-3中，也就是自己搭建各个模块的窗口中，在菜单栏选择Simulation->configuration Parameters命令打开设置仿真参数的对话框，选择Ode23tb(Stiff/TR-BDF2)算法，仿真起始时间为0，终止时间为30s。
图4-1 算法和时间的参数设置
(2) 电网故障时风电机组输出特性仿真
仿真电路参数设置基本不变，主要改变Three-Phase Fault(三相故障模块)的参数。
设置电网在0.02s发生三相短路故障，到0.1s时故障消失，仿真起始时间为0，终止时间为1s，如图4-2所示。
图4-2 Three-Phase Fault参数设置
五．注意事项：
(1)图2-3中的From 模块和Bus Selector要在Goto模块连接后才能连接，否则Bus Selector中的参数设置时，没有变量可供选择。
(2)实验简单介绍了基于普通异步发电机的异步风电机组的仿真实例，而不去过多地讨论相关装置及其过程。
想更为深入的仿真方法还可以参考MATLAB 软件的安装目录下的\MATLAB\R2006a\toolbox\physmod\powersys\DR子目录下的相关例程。
六．实验报告
1．分析并网运行异步风电机组的工作原理
2．记录风速波动时异步风电机组的输出特性和电网故障时异步风电机组的
输出特性。