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风电系统仿真系统
       风力发电场仿真系统以单台风电机组为核心,以整个风力发电场为仿真对象,建立全范围仿真机。
      单台风力发电机组的仿真包括了风力机、传动装置、发电机、整流逆变装置、控制及保护系统等。风电机组以风作为原动力,风速直接决定了风电机组的动态特性。在仿真系统中,精确描述了风能的随机性和间歇性的特点,用四种成分来模拟:基本风、阵风、渐变风和随机风。同时,通过对风电机组的变桨、偏航、电控、刹车、保护等控制系统及设备的仿真,准确模拟了风力发电机组的运行特性和调节特性,从而逼真地模拟风力发电场正常运行和故障现象及处理过程的动态响应。
      风电场电力系统的仿真包括风电场内所有的成百上千台风机组,每台风机出口处并联电容器组与变压器。各台风电机通过场内电网接入附近升压变电站最后并入系统。电力系统的仿真将真实模拟风电场电力系统的接线方式以及开关、母线、架空线、电缆、保护和自动装置等。
风电机组的运行根据不同的风速可分为四个阶段。
▲ 第一个运行区域是启动阶段,此时风速从零上升到切入风速。在切入风速以下时,发电机与电网相脱离,风力发电机不能发电运行,直到当风速大于或等于切入风速时发电机方可并入电网。这个区域的主要任务就是实现发电机的并网控制,在进行并网控制时,风力机控制子系统的任务是通过变桨距系统改变桨叶节距来调节机组的转速,使其保持恒定或在一个允许的范围内变化;发电机控制子系统的任务则是调节发电机定子电压,使其满足并网条件,并在适当的时候进行并网操作。
▲ 第二阶段是转速恒定阶段,风速范围是从切入风速至到达最大风能转化系数时对应的风速。在这个阶段,发电机转速始终保持在最低转速处,风能转化系数逐步上升并达到最大值。
▲ 第三阶段是风速从达到最大风功率系数时对应的风速至额定风速的阶段。在这个阶段,发电机转速将从最低转速上升至允许的最高转速。但由于风电机组电气部分极限使得发电机运行转速受到限制,因此该阶段又被分成两个运行区域,即变转速运行区域( 恒定区)和恒转速运行区域。在变转速运行区域,风力机输出功率将随着风速的升高而增大,发电机转速也将随之升高,直至允许的最高转速(额定转速)。在这个区域,双馈感应发电机的电气控制部分,使发电机转速能够被控制,以跟踪风速的变化,达到保持最佳风能转化系数 。在恒转速运行区域,发电机转速将保持允许的最高转速,风力机输出功率随着风速的升高继续增加,直至最大输出功率(额定功率),此时,最大输出功率对应的风速就是额定风速。
▲ 第四阶段是恒功率运行阶段,风速范围是从额定风速以上至切出风速。随着风速和功率不断增大,发电机和变流器将达到其功率极限,因此必须控制机组的功率小于其功率极限。当风速增加时,机组转速降低, 值迅速降低,从而保持功率不变。在功率恒定区内实行功率控制是由风力机控制子系统通过变桨距控制实现的。
风电场的仿真还包括集中监控系统。在中央控制室对风力发电机组的远程监控功能,可监视风力发电机组状态、电力参数、温度参数,风速参数等;实现了对风力发电机组的远程控制功能,远程开机、停机、复位等;实现在线生成风速—功率曲线以及各种统计报表等。
      利用风电机组仿真机可以对风电场运行人员、在校学生进行风电场运行方面的培训,提高风电机组运行与控制水平,培养风电技术人才。借助此系统还可以深入研究风电机组的运行特性和控制特性,验证并优化系统设计,为我国风电产业的发展发挥重要的作用。
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