Wind Farm - DFIG Average Model help 中文翻译

1.dfig的仿真方法

根据代表的频率范围，目前三种模拟方法在SimPowerSystems™中可以实现基于电压源型换流器的能量转换系统连接电网的模拟实验。

A．详细模型（离散） 

如在DR演示库中的“power_wind_dfig_det.mdl”所演示。详细模型包括电力电子器件IGBT转换器的详细描述。为了达到一个可接受的精度，1620赫兹和2700赫兹在此作为演示中使用的开关频率，必须对模型在一个相对较小的时间步长（5微秒）内进行离散化分析。这种模式非常适合观测时间相对较短的时期中（通常为几百毫秒到一秒钟）谐波和控制系统的动态性能。

B．平均模型（离散）

如在本演示中提出的。在这种类型的模型中IGBT电压源型换流器由一个开关频率周期内等效电压源产生的平均交流电压所代描述。这种模式并不描述谐波，但保留了由控制系统和电力系统相互作用产生的动态结果。这个模型允许使用更大的时间步长（一般为50微秒），从而实现几秒钟的模拟实验。

C．相量​​模型（离散）

如在DR演示库中的“power_wind_dfig.md”所演示。这种模型更好地适用于很长一段时间（几十秒到几分钟）内模拟低频机电振荡。在相量模拟方法中，正弦电压和电流在系统标称频率（50 Hz或60 Hz）下被相量量（复数）所取代。这是一种应用于暂态稳定软件的一种技术。

2. 电路描述

一个包含6个1.5兆瓦风力发电机的9兆瓦风电场通过30公里、25千伏馈电线连接到一个向120千伏电网供电的25千伏配电系统。

风力发电机是由绕线转子异步发电机和基于IGBT的交流/直流/交流电压源型PWM转换器组成的DFIG. 定子绕组直接连接到60赫兹的电网，而转子由变频的AC / DC/ AC转换器反馈到电网。双馈技术可以通过优化涡轮机速度从低风速风中提取最大能量，同时在狂风期间把对涡轮机的机械应力减少到最小值。

在本演示中风速被保持在恒定值15米/秒。控制系统采用一个转矩控制器，以维持1.2 PU的恒定转速。由风力发电机产生的无功功率被规定在0 Mvar。

右键单击“双馈风力发电机组”模块，并选择“下查遮罩”看如何构建模型。用于离散化模型的采样时间（TS =50微秒）在模型属性中的初始化函数中被指定。

打开“双馈风力发电机组”模块菜单可以查看发电机，转换器，涡轮机，传动和控制系统的数据。在显示菜单中选择“1台风力发电机组的汽轮机数据”，选择“显示风力发电机组功率特性”，然后单击应用。涡轮CP曲线显示在图1。涡轮动力，叶尖速比的lambda和CP值显示在图2，这正是风速的函数。对于特定风速15米/秒，发电机的输出功率是它的额定功率1PU，节距角为8.7度，发电机的转速为1.2 PU。

3. 示范

在本演示中，你会观察到DFIG的稳态运行状态以及由120千伏电网系统的远程故障而造成电压跌落而引起的动态响应。打开“120千伏”模块可以模拟电压源，也可以观察在t =0.03s一个六周期0.5 PU的电压跌落是如何编程的。

开始仿真。在示波器中观察电压和电流波形。在仿真开始时“xInitial”变量包含初始状态变量，其会在运行时自动加载（从“power_wind_dfig_avg_xinit.mat”模型属性中指定的文件）以便使模拟开始即处于稳定状态。

最初的双馈风力发电场发电能力为900兆瓦，相应的涡轮速度为发电机同步转速的1.2 PU。直流母线电压被调节在 1150 V，无功功率保持在0 MVAR。在t =0.03 s时正序电压突然下降到0.5 PU，造成直流母线电压和双馈输出功率的相应振荡。在电压跌落期间，控制系统试图将直流母线电压和无功功率调节在其设定点（1150 V，0 Mvar）。系统大约在4个周期后恢复。

双击题为“显示详细和平均模拟结果”的蓝色块。一个图打开，其显示了详细模型和平均模型在以下几方面的对比：DFIG终端A相电压，直流母线电压，有功和无功输出，转子速度。请注意，这两个模型非常般配。平均模型正确描述了低频控制和由电压骤降产生的电力系统振荡，但电压波形不显示由两个转换器的PWM开关产生的高频谐波。

4. 如何重新生成的初始条件

这一示范的所有初始状态都已设定，以便此模型在稳定状态下开始演示 。另外，由于风力发电机组模型的机电部分的长时间常量和其相对缓慢的控制，你将不得不等待几十秒钟系统才达到稳态。初始参数已保存在文件“power_wind_dfig_avg.mat”。当您启动模拟时，InitFcn (in the Model Properties/Callbacks)会自动回调.mat file的内容加载到您的工作区。.mat file("xInitial" variable specified in the "Initial state" parameter in the Simulation/Configuration Parameters menu)。

如果您修改了这个模型，或改变功率元件的参数值，在“xInitial”变量中存储的初始条件将不再是有效的Simulink®将发出一个错误消息。要将重新修改后的模型的初始条件重新启用，按照下列步骤：

1.在 Simulation/Configuration Parameters 菜单中, 取消选择 "Initial state" 参数。

2.在120 kV Three-phase Voltage Source菜单中, 通过设置 "Time variation of "参数为 "none"使he source voltage step失效。

3.为了缩短达到稳态所需的时间，你将不得不暂时性减少涡轮发电机组的惯性。打开DFIG Wind Turbine菜单，在Drive train data 和Generator data中，将H inertia constants除以10。

4.改变模拟的停止时间为5秒。请注意，为产生和60Hz电压源相角相连贯的初始条件，停止时间必须是60Hz周期的的整数。

5.将模拟模式由“正常”改为“加速器”。

6.开始仿真。当模拟完成后，通过观察在示波器上显示的波形确认已达到稳定状态。最终状态以及时间已保存在“xFinal”结构中，这些可作为未来模拟的初始状态。执行下两个命令，在“xInitial”中复制这些最后的条件，并保存这些变量在一个新的文件（myModel_init.mat）。

7. >> xInitial=xFinal;

8.>> save myModel_init xInitial

9.在File/Model Properties/Callbacks/InitFcn窗口，用“load myModel_init”取代第一行的初始化命令。在下一次启动这个模型模拟时，保存在myModel_init.mat文件中的变量xInitial将加载在您的工作区。

10.在 Simulation/Configuration Parameters 菜单,选中 "Initial state".

11.在Wind Turbine Generator and Drive train data中，复位inertia constants H回其原始值。

12.开始模拟和验证您的模型在稳定状态下开始。

13.在 120 kV Three-phase voltage source 菜单, 设置 "Time variation of" 参数回到 "Amplitude".

14.仿真停止时间和模拟模式更改回其原始值（0.2s，normal）。

15.保存模型