背景簡介
隨著國家30·60目標的提出,新能源發(fā)展越來越受到重視,就當前而言,風力發(fā)電和光伏發(fā)電仍然是占比最終的兩種能源形勢。
其中風力發(fā)電更是格外矚目,隨著海上風電的大力發(fā)展,風機的單機容量也是在不斷提高。
風機并網(wǎng)控制及風機高低電壓穿越能力是風機在電網(wǎng)故障時一種必要應對手段,也十分重要,本文旨在搭建基于永磁直驅(qū)風機的并網(wǎng)及高低穿控制,與大家一起探討學習,并希望給起到拋磚引玉的作用。
關于直驅(qū)風機的并網(wǎng)及控制之前我們已經(jīng)有過介紹(直驅(qū)永磁同步風機并網(wǎng)仿真(一)、直驅(qū)永磁同步風機并網(wǎng)仿真(二)),內(nèi)容主要是基于穩(wěn)態(tài)控制,并不涉及高低穿期間的控制切換,本次根據(jù)個人的理解,加入相關的控制。
圖1 風機并網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)
并網(wǎng)及高低穿控制
風機并網(wǎng)控制分為網(wǎng)側(cè)控制和機側(cè)控制,機網(wǎng)側(cè)控制方式與直驅(qū)永磁同步風機并網(wǎng)仿真(二)所搭建的控制方式一致,本次不再進行贅述,主要對高低穿期間的控制進行說明。
由于直驅(qū)風機拓撲機側(cè)和電網(wǎng)之間通過背靠背換流器完全隔離,因此,總的來說,電網(wǎng)故障期間,機側(cè)控制可以不需要任何,只需對網(wǎng)側(cè)控制進行相應的切換即可,鑒于此,故障期間,機側(cè)功率不變,網(wǎng)側(cè)吸收功率減小,造成換流器兩側(cè)功率不平衡,直流電壓會有抬升,為使直流側(cè)不過壓,直流側(cè)加入耗能裝置是一種常規(guī)手段。 按照GBT19963標準的相關要求,當電壓跌落或電壓抬升時,有無功電流按照如下分段函數(shù)公式進行計算:
其中,Ut為風電場并網(wǎng)點電壓標幺值,In為風電場額定電流。低穿期間有功電流可以根據(jù)Id=sqrt(1.1In-Iq^2)進行計算,由于高穿期間交流側(cè)電壓抬升,如果此時Id仍然按照此方法計算,會發(fā)現(xiàn)計算出的Id數(shù)值偏大,由于交流電壓本身已經(jīng)抬升了,會出現(xiàn)要求的功率比風機功率還大的情況,不甚合理,本文按照,高穿期間,一律保持風機按額定功率輸出來計算Id。
當然,上述控制僅限于個人理解而言,實際情況不同廠家可能略有不同,正所謂:一千個讀者眼中會有一千個哈姆雷特。本文模型控制通過判別風機并網(wǎng)點電壓,進行網(wǎng)側(cè)穩(wěn)態(tài)雙臂還控制和直接電流給定控制之間的切換。
同理,直流側(cè)耗能結(jié)構(gòu)也使各有差異,比較簡便的方式是通過開關器件投切電阻的方式,結(jié)構(gòu)如下圖所示,本文采用的就是此種方式。
圖2 耗能電路拓撲結(jié)構(gòu)
仿真模型
根據(jù)上述描述,搭建風機并網(wǎng)模型如下圖所示,其中風機額定功率3MVA,直流側(cè)電壓1200V,風機出口電壓690V,并分別通過0.69/35kV及35/220kV兩級升壓,接入220kV交流電網(wǎng)。
圖3整體仿真模型
控制部分模型如下,無論穩(wěn)態(tài)還是高低穿器件,機側(cè)控制不發(fā)生變化,網(wǎng)側(cè)控制根據(jù)電壓情況進行切換。
圖4網(wǎng)側(cè)控制部分
圖5機側(cè)控制部分
直流側(cè)控制采用滯環(huán)控制,當電壓大于一定值時,開關導通,投入電阻,小于某一值時,開關斷開。
圖6 直流耗能控制
仿真結(jié)果
(1)運行模型,使其額定運行,仿真結(jié)果如下:
圖7 35kV側(cè)電壓、電流、功率波形
圖8 690V側(cè)電壓、電流、功率波形
圖9 直流側(cè)電壓波形
(2)低電壓穿越測試,按照標準要求,分別進行電壓:20%跌落,持續(xù)0.625s;電壓35%跌落,持續(xù)0.92s;50%跌落,持續(xù)1.214s;電壓75%跌落,持續(xù)1.705s;電壓90%跌落,持續(xù)2s仿真測試。
電壓20%跌落
圖10 690V側(cè)電壓、電流、功率波形
圖11 直流側(cè)電壓波形
電壓35%跌落
圖12 690V側(cè)電壓、電流、功率波形
圖13 直流側(cè)電壓波形
電壓50%跌落
圖14 690V側(cè)電壓、電流、功率波形
圖15 直流側(cè)電壓波形
電壓75%跌落
圖16 690V側(cè)電壓、電流、功率波形
圖17 直流側(cè)電壓波形
電壓90%跌落
圖18 690V側(cè)電壓、電流、功率波形
圖19 直流側(cè)電壓波形
(2)高電壓穿越測試,按照標準要求,分別進行電壓:120%抬升,持續(xù)10s;電壓125%抬升,持續(xù)1s;130%抬升,持續(xù)0.5s仿真測試。
電壓120%抬升
圖20 690V側(cè)電壓、電流、功率波形
圖21 直流側(cè)電壓波形
電壓125%抬升
圖22 690V側(cè)電壓、電流、功率波形
圖23 直流側(cè)電壓波形
電壓130%抬升
圖24 690V側(cè)電壓、電流、功率波形
圖25 直流側(cè)電壓波形
通過上述仿真結(jié)果可以看出,無論是在電網(wǎng)電壓正常時還是在高低穿期間,均能得到較符合設計預期的結(jié)果波形,控制效果符合良好。
審核編輯:劉清
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原文標題:基于simulink的風機并網(wǎng)及高低穿控制仿真(三)
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