定速风电机组的仿真
组员：32111222王浩32111208 乐姗姗32111207 瞿
振林32111212 刘洁波
一、简单介绍
基于普通感应发电机的定速风电机组，一般由风轮、轴系（包括低速轴LS 高速轴HS 和齿轮箱组成）、感应发电机组等组成，如图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。

风电机组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。

、工作原理:
风电机组通过三叶片风轮将风能转换成机械能，风能输出的机械功率为:
* = 0）
注释：
式中，Q表示空吒帶戸是通过凤力机叶片附轨速'A,心a分别均叶光速出、叶片険转半径、叶片捻转角速度；A衷小叶片扫风面积；口为功率系敦。

Q与叶尖猱出入以及叶片
根据不同的取值，可得到的曲线如图2所示，从图中可以看出，对应某一确定的浆距
角，有一极大值存在，也就是说，当风力机运行时不能保证在所有的风
速下都能够产生最大的功率输出。

的理论最大值为 0.593，这就是著名的Betz
极限。

Q.5i ------------------------------------------------------------------
6 S 10 12 M 16
图2:关系曲线
定速风电机组的风轮从风中获取机械能，然后通过齿轮轴系传递给感应发电 机,感应发电机再把机械能转换成电能， 输送到电网中。

感应发电机向电网提供 有功功率，同时从电网吸收无功功率用来励磁。

因为这种类型的感应发电机无法 控制无功功率，所以利用无功补偿器来改善风电机组的功率因数， 降低机组从电 网中吸收的总的无功功率。

现代定速风电机组的风轮转速为 15~20r/min ，发电 机转子的同步转速与电网频率对应。

定速风电机组可以采用定浆距控制， 也可以采用叶片角控制。

其中，定浆距
控制风电机组为被动失速控制，它将叶片以固定浆距角用螺栓固定在轮毂上，在 给定风速下，风电机组风轮开始失速，失速条件始于叶片根部，并随着风速加大 逐渐发展到全部叶片长度。

这种失速控制方式成本低廉，但是低风速下风电机组 发电效率较低。

而叶片角控制定速风电机组为采用负浆距角的主动失速控制方式。

主动失速设置为在风速低于额定风速时优化处理，在风速超过额定风速时限制出
Tubwie Puma CtEiiKLciislics aigfc bc*a _ 0
0 02
04 0G OB 1 12 1.4
Tuitme speed (pi <rf namitai genef^ar speed]
图3 :风电机组功率特性
W 3S =-E _£E _
■匸
Eou £ nd)二Aod 否5
口?壬己
力为额定功率。

这种主动失速控制方式能够提高风电机组的发电效率。

三、仿真模块:
Three-Phase Source【三相电源模块】
Three-Phase Tran sformer(Two Windin gs) 【三相双绕组变压器模块】
Three-Phase Fault【三相故障模块】
Three-Phase PI Section Line 【三相n型等值电路模块】
Three-Phase V-I Measurement【三相电压电流测量元件模块---模拟母线】Wind Turbi ne In duction Gen erator(Phasor Type) 【风电机组模块】
Goto【跳转模块】
Constant【常数系数模块】
From Workspace【从工作空间中输入数据模块】
Bus Selector【总线选择器模块】
Abs【求取绝对值模块】
Scope【观测仪模块】
Powergui【电力图形用户分析界面模块】
四、模型仿真:
一台单机容量为1.5MW的定速风电机组经过升压，通过长度为100km电抗为的架空输电线路与外部系统相连。

参考MATLAB^风电机组模型建立如图3所示单机无穷大电源的仿真系统。

图4为定速风电机组子系统结构(右键单击风电机组模块Wind Turbine，然后选中下拉列表中的“Look under mask”选项，打开后可见定速风电机组子系统结构)。

rFQVn
CcirsMant
一A latK
—* B A -
匚
B575.1
(575 V)图4 :单机无穷大电源的仿真系统
►I .v rd (nri's)
Wind Turbine Induction Generator (Phaser Type)
图5 :定速风电机组子系统结构
1、参数设置
★【Three-Phase Source 】
f
币* Block Parameters: Three-Phase Source
Three-Phase Source (nask) (link)
Three-phase volt age source iri ^eri^s with RL branch.
Paranet ats Load Flow
Phase-to-phase rms volt aje (V): 25e3
Phase angle of phase A (decrees): 0
Frequency (Hz): 50
Internal connect ions Yg
Specify imped-ance usin$ short-circuit level
3-phase short-circuit level at base voltage (VA) s lOOeS
Base volt age (Vrins ph=ph): 2%亍 K/R ratio:
OK | Cancel Help
」
App ly
★【Three-Phase Tran sformer(Two Windin gs) 】
i ——
1聞6| |
»
J
EU
2.
<z> £-
<z>
——►
Pne^lODO
*<D
Wnd [T
hVind T urtiin»
(彳) H AIH Llmrlaf MM ：
f m ■毎I
"詬
5II f
：
B1
IW3y« T# ljDu|
Ar^tf^DniJks
：
¥a*cj[
CerAhMMian
*S
CD —► Trip
S-+
T dp
★【Three-Phase Fault 】
①电网正常运行时，Three-Phase Fault模块不用设置，即为默认，如下左图
②电网故障运行时，参数设置如下右图：
★【Three-Phase PI Section Li ne 】。