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风电场规模和风力发电机单机容量不断提高,风电渗透功率随之不断提升。自然风的随机性和间歇性对电网安全可靠运行的影响日益显现;同时,风电机组并网运行改变了原有系统结构和潮流分布,对继电保护等电力二次设备性能提出了更高的要求。比如,风电机组短路特性与常规能源机组的差别较大,在故障发生时,使得故障电流大小及流向发生改变。因此,如何真实再现风电机组发电并网的动态特性,模拟低电压穿越等特殊现象,检验并改善风电机组动态特性以满足系统安全可靠运行的需要,显得尤为迫切、十分必要。 国内外针对风电机组并网发电的研究主要是基于动模和仿真软件进行。


1、 风机变流器仿真测试架构

下图是风机变流器仿真测试的系统架构,在半实物仿真器中可以载人基于Simulink搭建的风机、变流器、电网以及负载侧模型,仿真器与变流器主控通过信号接口板进行物理信号的闭环连接。可以在仿真器中进行多种电网工作状态的模拟,来监测变流器控制器的运行状态。


2.低电压穿越测试

低电压穿越测试,电网电压三相对称掉落至原来的20%,持续625ms。

低电压穿越过程,仿真器软件采集的数据和波形如下所示。

测试数据含义:

Speed:转速,单位为rad/s,125.6rad/s等价于1200r/min;

dt:cpu计算的仿真步长,单位为s;

VoltageAmp:电网相电压幅值,单位为V;

DropTime:电压掉落持续时间,单位为s;

DroppedVoltage:电压发生掉落后,电压为原来的比例,单位p.u;

DropStart:开始电压掉落的使能;

CrowbarBreakerCmd:Crowbar开关的触发测试信号,只用于测试;

Start:电压掉落信号,亮代表触发了电压掉落,灭代表没有触发电压掉落;

NMainCtrl:主接触器状态,亮代表接触器闭合,灭代表接触器断开;

NParaCtrl:并网接触器,亮代表接触器闭合,灭代表接触器断开;

CPU Late:计算溢出信号,亮代表计算溢出(需要提高仿真步长时间),灭代表正常。

波形图:

 



                                                                三相电网电压
                            三相定子电流

 


3.次同步振荡测试

电网电压叠加频率为10Hz、相幅值为20V的电压扰动。

次同步振荡过程,仿真器软件采集的数据和波形如下所示。

测试数据含义:

Speed:转速,单位为rad/s,125.6rad/s等价于1200r/min;

dt:cpu计算的仿真步长,单位为s;

BasedVoltageAmp:电网基波的相电压幅值,单位为V;

DisturbFreq:叠加的扰动电压频率,单位为Hz;

DisturbVoltageAmp:叠加的扰动相电压幅值,单位为V;

DisturbStart:开始叠加扰动的使能;

Start:叠加扰动的信号,亮代表开始叠加扰动,灭代表未叠加扰动;

NMainCtrl:主接触器状态,亮代表接触器闭合,灭代表接触器断开;

NParaCtrl:并网接触器,亮代表接触器闭合,灭代表接触器断开;

CPU Late:计算溢出信号,亮代表计算溢出(需要提高仿真步长时间),灭代表正常。

波形图:


 

左:三相电网电压     右:三相电网电流

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