海上风电场及双馈式风电机组的仿真分析

论文初稿海上风能具有风速大、较稳定等特点，但是海上风电场与电网的连接距离远，容量大，因此采用直流输电具有一定的优势。

基于电压源换流器（VSC）的高压直流输电（HVDC）能够实现有功功率和无功功率的灵活控制，广泛应用于远距离、大容量输电、交流系统连接和电力系统潮流控制等方面。

基于VSC的HVDC技术有别于基于电流型相控技术的传统高压直流输电，它是一种基于全控型电力电子器件（如绝缘栅双极型晶体管、可关断晶闸管等）和脉冲宽度调制（PWM）的新型直流输电技术。

该技术能够有效解决传统HVDC中存在的换向困难、谐波含量多及占地面积大等缺点。

基于VSC-HVDC的海上风电场并网结构如图所示。

海上风电机组通过交流电缆并联到一起，通过升压变压器将风力发电机的电压进行抬升，VSC1将海上风电机组产生的交流电转换为直流电，通过直流电缆传输到VSC2，经过直交变换实现并网连接。

VSC的结构如图：稳态运行条件下，忽略换流电抗器的有功损耗和谐波分量，则VSC和交流电网之间传输的有功功率P S及无功功率Q S分别为：P S=P C=U S U C sinδ(1)X LQ S=U S(U C cosδ−U S)(2)X L式中：U C为VSC输出电压的基波分量；U S为交流母线电压基波分量；δ为U C与U S的相角差；X L为换流电抗器的电抗。

在式(1)、式(2)中，X L和U S为常数，其值不变。

当δ>0时，VSC吸收有功功率；当δ<0时，VSC 发出有功功率。

无功功率主要取决于(U C cosδ−U S)，当(U C cosδ−U S)<0时，VSC发出无功功率；当(U C cosδ−U S)>0时，VSC吸收无功功率。

因此，通过对δ的控制就可以控制直流电流的方向及输送功率的大小，VSC系统还可以发或吸收一定无功功率，能够起到静止同步补偿器(STATOM)的作用，动态补偿交流母线的无功功率。

仿真分析为验证VSC-HVDC控制系统，按照图1在Matlab的Simulink环境下建立VSC-HVDC系统和控制系统模型。

实验一 ：风力发电机组的建模与仿真XX ：樊姗 __031240521一、实验目的:1掌握风力发电机组的数学模型2掌握在MATLAB/Simulink 环境下对风力发电机组的建模、仿真与分析；二、实验内容:对风速模型、风力机模型、传动模型和发电机模型建模，并研究各自控制方法及控制策略；如对风力发电基本系统，包括风速、风轮、传动系统、各种发电机的数学模型进行全面分析，探索风力发电系统各个部风最通用的模型、包括了可供电网分析的各系统的简单数学模型，对各个数学模型，应用 MATLAB 软件进行了仿真。

三、实验原理：自然风是风力发电系统能量的来源，其在流动过程中，速度和方向是不断变化的，具有很强的随机性和突变性。

本课题不考虑风向问题，仅从其变化特点出发，着重描述其随机性和间歇性，认为其时空模型由以下四种成分构成:基本风速b V 、阵风风速g V 、渐变风速 r V 和噪声风速n V 。

即模拟风速的模型为：n r g b V V V V V +++= （1-1）（1）基本风速在风力机正常运行过程中一直存在，基本反映了风电场平均风速的变化。

一般认为，基本风速可由风电场测风所得的韦尔分布参数近似确定，且其不随时间变化，因而取为常数（2）阵风用来描述风速突然变化的特点，其在该段时间内具有余弦特性，其具体数学公式为：⎪⎩⎪⎨⎧=00cos v g V gg g g g g T t t T t t t t t +>+<<<1111 （1-2）式中：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=)(2cos 121max cos g g g T t T t G v π （1-3） t 为时间，单位 s ；T 为阵风的周期，单位 s ；cos v ，g V 为阵风风速，单位m /s ；g t 1为阵风开始时间，单位 s ；max G 为阵风的最大值，单位 m/s 。

（3）渐变风用来描述风速缓慢变化的特点，其具体数学公式如下：⎪⎩⎪⎨⎧=00v ramp r V r r r r t t t t t t t 2211><<< （1-4）式中：⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=r r rramp tt t t R v 212max 1 （1-5） r t 1为渐变风开始时间，单位 s ；r t 2为渐变风终止时间，单位 s ；r V ，ramp v 为不同时刻渐变风风速，单位 m/s ；max R 为渐变风的最大值，单位 m/s 。

2020.05科学技术创新双馈风电机的控制仿真耿秀明（内蒙古电子信息职业技术学院，内蒙古呼和浩特010011）1概述经济的飞速发展带动了各行各业的发展，电能需求的日益增长与发电容量不足的矛盾显得越来越明显。

在目前能源紧缺与环境日益恶化的全球背景下，节能环保的可再生能源的的发展受到了各国的高度重视。

从风能资源的形成来看，其具有典型的可再生性和无污染性，而且风能资源总量大，分布广，是清洁能源战略的重要选择路径之一[1]。

目前，我们所使用的电能中，火电，水电和核电占据了主要的部分[2]。

由于制造、控制技术的发展应用比较成熟，这类发电厂生产的电能能够稳定的供给运行，并变送供给公共电网进行输电配送。

在中国，火力发电的份额占有主导地位，火电厂排放的灰尘、C02等，是造成大气污染的主要来源，并且随着煤炭资源的过度开采，现有储备量也大幅度缩减。

在国家大力的新能源政策扶植下，我国的风电产业迅猛发展，并相继投产了很多大容量风电场[3]。

因风能资源的随机性和波动性，使发出的电能不稳定，造成大部分风电场不能并网运行。

目前双馈发电机是风电场的主要机型，研究双馈风电机对研究风电并网，解决并网电压不稳定问题具有较高的应用价值和研究基础。

2双馈风电机双馈风电机（DFIG ）是风电场的主要机型[3]，风力机通过连接机构带动双馈风电机转子转动，转子绕组通过变换器组与电网连接，通过调节控制转子转速获得最大风能捕获。

定子绕组与电网连接，发电系统根据转速的变化调节励磁电流的频率，实现电机的变速恒频运行[4]。

连接机构主要是齿轮箱，双馈风电机结构如图1所示。

图1双馈风电机结构图当风速较高时，双馈电机转子转速大于同步转速时，转子绕组产生的旋转磁场方向与转速方向相反，电机在超同步状态运行，电能通过变换器从转子侧反馈到电网；当风速较低时，双馈电机转速小于同步转速时，转子绕组产生的旋转磁场方向与转速方向相同，发电机运行在次同步转速状态，转子将通过变流器从电网吸收功率[5]。

双馈变速风电机组模型的仿真分析作者：郑晓栋章琰天来源：《科技创新与应用》2015年第35期摘要：在常用的变速恒频风力机种类中，双馈异步电机的风力机有比较大的技术优势和市场空间。

文章对使用双馈异步风力发电机的风力机组的输出性能做出研究与分析，并使用MATLAB进行仿真模拟。

文章的主要工作包含以下两个部分：第一部分是在风速波动条件下，分别通过电压模式控制和无功功率模式控制，研究分析风电机组的输出特性变化。

第二部分是在电网故障条件下，分别通过电压模式控制和无功功率模式控制，研究风电机组输出特性变化。

关键词：风力发电；双馈风电机组；动态模型；MATLAB引言能源的发展对国民的经济有着非常重要的作用。

常规能源主要以化石能源为主，在全球工业飞速发展的时代，产生极具经济效益的同时，化石性燃料使用的程度也达到了空前。

化石性燃料的使用对大气造成了严重的污染，对人类的生存环境造成了重大的破坏；此外，化石性燃料隶属一次性能源，总有消耗完结的时候。

经济生活中的国策，能源对人类的经济与社会的发展的限制和对资源环境的影响也越来越明显[1]。

虽然各种类新能源中以太阳能的储量最为丰富[2]，但是利用太阳能直接进行光伏发电目前仍有一些不能解决的技术问题。

所以风力对于我们来说是一个比较理想的替代能源。

双馈变速恒频风力发电机目前作为风力发电系统中使用的主要机型，其中永磁直驱式变桨距和双馈异步式的变速恒频风电机组已经成为兆瓦级风电机组的主要技术形式[3]。

对上述风力机组的入网运转调控措施的研究是风能发电系统能够广泛应用的基础。

双馈风力发电机多采用双PWM 变换器为转子提供励磁电流[4]。

转子侧变换器控制策略主要有两大类，一类是基于矢量控制的间接功率控制[5-6]，另一类是直接功率控制[7-8]。

我们国家从“十五”时期已经对双馈异步发电机风电机组理想电网条件下的运转控制进行了比较为深入剖析[9]。

实际工程中电网展示出不稳定特点，电压剧降则是一种非常遇见情况，研究这种故障下DFIG的行为、特性，提高风电机组对这种故障的适应能力，已成为目前国内外研究的热点。

双馈风电系统的建模仿真研究与设计为了对双馈风电系统进行建模仿真研究和设计，需要考虑以下几个方面的内容：1.风机模型：风力发电机的模型通常由刚性转子、永磁同步发电机和转子侧的变频器组成。

确定风机的机械特性和电气特性，以及风速与输出功率之间的关系，这些参数可以通过实验或者已有的文献进行获得。

在仿真中，可以通过模拟风速和风机负载来测试系统的响应和性能。

2.变频器模型：变频器是双馈风电系统中非常重要的部分，它用于控制发电机的转速和电压。

为了进行仿真研究，需要构建变频器的电路模型，并确定其控制策略和参数。

常用的控制策略包括电压控制和转速闭环控制。

通过仿真可以测试不同的控制策略在不同工况下的性能。

3. 功率电子器件模型：双馈风电系统中包含多个功率电子器件，如变频器中的IGBT、MOSFET等。

需要建立这些器件的模型并确定其参数，例如电容和电感的数值。

这些模型可以通过电路仿真软件进行建立，例如PSCAD、MATLAB/Simulink等。

4.输电网模型：双馈风电系统需要将发电的电能输送到电网中。

因此，需要建立电网的模型，并考虑电网的稳定性和电气参数。

可以根据实际情况设置电网中的节点并确定节点的参数。

通过仿真可以测试风电系统在不同节点工况下的运行稳定性。

在进行双馈风电系统的建模仿真研究和设计时1.在建模过程中，需要准确获取系统参数，例如风机特性曲线、变频器控制参数等。

这些参数对于研究系统的性能和运行特性非常重要。

2.在仿真过程中，可以考虑不同的工况条件，例如不同的风速和负载情况。

通过测试系统在不同工况下的性能，可以评估系统的稳定性和效率。

3.在进行仿真研究时，可以采用不同的控制策略和算法，例如PID控制、模糊控制和最优控制等。

通过比较这些控制策略在系统性能上的差异，可以选择最优的控制方案。

总之，双馈风电系统的建模仿真研究和设计需要考虑风机模型、变频器模型、功率电子器件模型和输电网模型等方面的内容，并进行准确参数的设置和不同工况下的测试。

论文双馈风力发电系统仿真技术研究摘要随着一些地区风电供应比例的急剧增加,大规模风电场对地区电网稳定性造成的影响愈发显著。

风力发电机的低电压穿越技术越来越受关注。

文中首先介绍了低电压穿越技术的概念、国外的相应标准,继而分析比较了有关此技术的双馈感应发电机建模问题、各种常见的实现低电压穿越的技术手段及改进控制策略。

最后描述了具备此技术的风电场对电力系统的影响。

根据电机学中异步电机的相关知识推导了双馈感应发电机在三相静止坐标系下的数学模型以及运动方程；在对双PWM电压型变流器原理分析基础上，推导了网侧PWM 变流器在三相静止坐标系下数学模型；为了便于控制系统设计，应用坐标变换技术将所建数学模型转换到两相旋转坐标系下；基于坐标变换技术和电机矢量控制理论，进行了电网电压定向的网侧变流器矢量控制设计和定子磁链定向的转子侧变流器矢量控制设计的研究；进行了亚同步速和超同步速时电机变速恒频发电和有功无功独立调节的仿真研究，仿真结果表明所设计的系统在实现了变速恒频发电的同时，实现了P、Q的完全解耦控制，验证了双馈感应风力发电系统理论分析和控制策略设计的正确性与可行性。

关键字：风力发电；变速恒频；双馈发电机；矢量控制目录摘要........................................................................................................................................ 第1章绪论 (1)1.1课题背景及意义 (1)1.1.1可再生能源开发的必要性 (1)1.1.2风能的开发利用 (2)1.2国内外风力发电技术的发展趋势 (2)1.2.1风力发电机组容量的发展趋势 (2)1.2.2并网风力发电机组的种类 (3)1.2.3风力发电机的发展 (4)1.3变速恒频发电的优点 (5)1.4本课题主要研究内容 (6)第2章双馈风力发电系统的结构特点和基本原理 (7)2.1双馈风力发电系统结构特点 (7)2.2风力机最大风能捕获原理 (7)2.3双馈感应发电机的运行原理 (9)2.4双馈感应发电机功率流动特点 (11)2.5转子励磁变流器的结构特点 (13)2.6 变速恒频双馈风电机组矢量励磁控制 (14)2.7 坐标变换技术 (15)第3章双馈风力发电系统仿真模型的建立 (17)3.1双馈感应发电机数学模型及仿真模型 (17)3.1.1双馈感应发电机的数学模型 (17)3.1.2双馈感应发电机的仿真模型 (20)3.2 双PWM电压型变流器的数学模型 (24)3.2.1网侧PWM变流器的数学模型 (25)3.2.2 双PWM电压型变流器直流环节的数学模型 (28)3.3 网侧变流器的电网电压定向矢量控制设计 (29)3.4 转子侧变流器的定子磁链定向矢量控制设计 (30)3.5 变速恒频双馈感应风力发电系统的并网仿真模型 (36)第4章仿真结果 (38)第5章结论............................................................................................... 错误!未定义书签。

某300MW海上风电场电气系统仿真研究1.风机的建模风力发电系统是将风能通过风机转换为机械能，然后再带动发电机将其转化为电能的一种发电系统。

按照风机的转速是否能够变化，可以将其分为定速恒频和变速恒频两大类。

1.1.定速恒频风力发电系统定速恒频风力发电系统如下图所示，通常由风机，齿轮箱，鼠笼式异步发电机构成。

在正常运行时，风力机保持恒速运行，转速由发电机的极数和齿轮箱决定。

这种系统的优点是结构和控制都非常简单，造价较低，但是主要缺点在于：无功不可控，需要电容器组或SVC 进行无功补偿；叶片与轮毂刚性连接，风速波动较大时产生较大的机械负载，容易导致齿轮箱故障，对叶片要求也较高；输出功率波动较大；发生失速时，难以保证恒定的功率输出，输出功率有所降低。

因此，定速恒频风力发电系统已经逐渐被变速恒频发电系统所取代。

图恒速恒频风力发电系统1.2.变速恒频风力发电系统变速恒频发电系统具有以下优点：一是风机的转速可以随风速的变化而变化，可以使风机始终保持在最大风能捕获的工况下运行，提高对风能的利用率；二是由于含有电力电子变流器，变速恒频发电系统可以实现与电网的柔性连接，增加运行和控制的灵活性。

根据所使用的发电机及变流器的不同，现有的变速恒频发电系统可以分为以下几类：1.2.1.电励磁同步风力发电系统电励磁同步发电系统原理图如下图所示，同步发电机的定子侧通过背靠背变流器与电网连接，与电网实现电气隔离，因此可以在不同的频率下运行而不影响电网的频率。

其优势体现在：通过控制变频器的调制比可以分别控制有功和无功，在系统故障时提供无功支持，提高电网动态特性；不需要并联电容器作无功补偿装置。

这种风力机系统在国外已有一系列工程实例，但是在我国尚未得到应用，其主要原因是全功率变频器的造价很高，相应的损耗也较大。

图电励磁同步风力发电系统1.2.2.直驱式永磁同步风力发电系统直驱式磁同步风力发电系统原理图如下图所示，它采用永磁同步发电机，并且省去了齿轮箱，直接将风力机与同步发电机的转子相连，虽然风力机的转速较低，但是通过交直交变流器的控制，可以使整个发电系统输出工频的电压和电流。

浅析海上风电双馈发电机电刷滑环系统温度场仿真摘要本文利用ANSYS仿真软件，结合电刷滑环的工作情况，利用电学、热力学相关知识，较精确的仿真出了电刷滑环在工作条件下的温度场情况，为电刷滑环系统温度检测提供理论支撑，也可以为后续的电刷滑环故障诊断提供技术支持。

关键词温度场仿真；盐雾环境；电刷滑环；有限元分析前言电刷滑环系统作为发电机的动静转换器件，运行中的电刷滑环系统故障所导致的发电机运行不稳定现象屡有发生，造成重大损失。

此外，电刷滑环系统的日常维护工作量大，需要经常开展人工检查和器件更换工作，尤其是处于恶劣环境下的风电机组：如高海拔、低气压、高湿度等，使电刷滑环系统的维护、修理工作更加困难，需要投入更多的人力、物力和财力。

电刷滑环系统的故障从产生机理上来说，大都有较强的关联性，故障很难具体分类划型。

为便于分析讨论，将电刷滑環系统故障总结为以下几类：滑环过热故障、滑环电弧故障、电刷异常浮动故障、电刷电流不平衡分布故障等。

而引起电刷滑环过热的原因分为：电刷电流不平衡分布或电刷滑环接触电阻过大而产生的发热；运行中的机械摩擦引起的过热[1-2]；冷却系统故障导致的发热。

本文利用有限元分析的方法结合电机运行工况，结合热力学原理，提出适用于双馈风力发电机[3]电刷滑环系统温度场仿真计算方法，实现了电刷滑环系统整个温度场的反映，并对温度检测提供理论支持，而且可以用于研究故障情况下的温度场分布情况。

1 有限元分析机理1.1 有限元分析基本原理有限元的思想最早由Courant于1943年提出。

1965年，Winslow将有限元法应用于电气工程问题。

有限元是一种将不能直接求解的微分方程离散成有限个单元，再通过求解庞大的方程组得到各个节点上场量的方法，它也是目前应用最广泛、最有效的数值计算方法。

1.2 有限元的分析流程有限元步骤为：①在得知电刷滑环系统材料属性的前提下，在建立的简化的3D电刷滑环系统中对材料属性进行设置滑环及滑环引线进行高密度网格划分，而对绝缘套管进行低密度网格划分，确保计算精度和计算速度。

海上风电机组关键部件的仿真分析及设计优化萧威１贾宁２叶子３（１．国华能源投资有限公司，北京１００００７；２．中工国际工程股份有限公司，北京１０００８０；３．国网通用航空有限公司，北京１０２２０９）摘要：针对海上风力发电机组进行了仿真和关键部件载荷计算，对海上风电机组的叶片进行了建模和参数选择，建立了风机机械系统模型，并进行了静态和动态的仿真，获得了多个部件的极限和疲劳负载。

同时对不同海况下风电机的性能进行了初步探讨，为进一步开展海上风电机组的研究奠定了基础。

关键词：海上风电机组；仿真分析；优化设计0引言海上风电资源对环境影响低、社会不良影响小，具有广阔的应用前景［１］。

当前，大功率海上风电机组相继得到研发和投运［２］。

应用于海上风电场的机组基本是根据陆上风电机组改进而来的，但如果盲目改进将会产生很大的风险［３］。

1海上风电机组抗台风性能研究现状随着我国东部沿海风电资源的开发，风电场数量也在增长，与此同时台风造成的破坏也随之增长。

国内学者开始研究风电机组的防台风特性，部分学者通过对红海湾风电场的研究发现，过境台风对叶片产生的震动和扭矩是叶片损毁的根本原因。

红海湾风电场使用的风力发电机组，叶片最大设计风速７０ｍ／ｓ。

正常情况下风速可由风速计获得，７号风机是位于整个风电场最高处的风机，根据风速记录显示，在风向标和风速计被破坏前最大风速达５７ｍ／ｓ，明显没有达到最大设计风速，但是叶片出现损毁。

９台位于山区的风机叶片都有不同程度的损坏，只有一只叶片没有损坏，这些损坏的叶片中有７只处于下垂指向地面的位置。

在台风经过区域，空气湍流强度很高，垂直对流也很强，这些因素都会引起对叶片的强冲击。

对于海上风电机组而言，叶片损毁将会更加严重。

2海上风电机组叶片模型建立方法2.1海上风电机组抗台风设计改进台风造成的风电场损毁事故，充分暴露了现有风电机组的缺陷。

基于此，海上风电机组需要加强抗台风设计的改进。

首先，需要改进叶片性能。

双馈变速风电机组模型的仿真分析在常用的变速恒频风力机种类中，双馈异步电机的风力机有比较大的技术优势和市场空间。

文章对使用双馈异步风力发电机的风力机组的输出性能做出研究与分析，并使用MATLAB进行仿真模拟。

文章的主要工作包含以下两个部分：第一部分是在风速波动条件下，分别通过电压模式控制和无功功率模式控制，研究分析风电机组的输出特性变化。

第二部分是在电网故障条件下，分别通过电压模式控制和无功功率模式控制，研究风电机组输出特性变化。

标签：风力发电；双馈风电机组；动态模型；MATLAB引言能源的发展对国民的经济有着非常重要的作用。

常规能源主要以化石能源为主，在全球工业飞速发展的时代，产生极具经济效益的同时，化石性燃料使用的程度也达到了空前。

化石性燃料的使用对大气造成了严重的污染，对人类的生存环境造成了重大的破坏；此外，化石性燃料隶属一次性能源，总有消耗完结的时候。

经济生活中的国策，能源对人类的经济与社会的发展的限制和对资源环境的影响也越来越明显[1]。

虽然各种类新能源中以太阳能的储量最为丰富[2]，但是利用太阳能直接进行光伏发电目前仍有一些不能解决的技术问题。

所以风力对于我们来说是一个比较理想的替代能源。

双馈变速恒频风力发电机目前作为风力发电系统中使用的主要机型，其中永磁直驱式变桨距和双馈异步式的变速恒频风电机组已经成为兆瓦级风电机组的主要技术形式[3]。

对上述风力机组的入网运转调控措施的研究是风能发电系统能够广泛应用的基础。

双馈风力发电机多采用双PWM变换器为转子提供励磁电流[4]。

转子侧变换器控制策略主要有两大类，一类是基于矢量控制的间接功率控制[5-6]，另一类是直接功率控制[7-8]。

我们国家从“十五”时期已经对双馈异步发电机风电机组理想电网条件下的运转控制进行了比较为深入剖析[9]。

实际工程中电网展示出不稳定特点，电压剧降则是一种非常遇见情况，研究这种故障下DFIG的行为、特性，提高风电机组对这种故障的适应能力，已成为目前国内外研究的热点。

双馈感应风电机组并网运行动态仿真分析及研究的开题报
告
1.研究背景
风能作为一种可再生的清洁能源，近年来得到了越来越广泛的关注。

风力发电机组的技术也在不断发展，技术水平越来越高，对风电机组的可靠性、经济性和运行效率要求也越来越高。

在风电场中，风机的数量不断增加，各种风机之间的协调和管理进一步提高了运行效率和电网接口的可靠性。

双馈感应风电机组是当前主流的风机类型之一，其具有结构简单、功率大、成本低、可靠性高等优点。

然而，在风电场接入电网时，插入电网的电流对稳定性、控制和保护产生了极大的影响。

为了满足系统对电网接口的高要求，需要针对双馈感应风电机组进行动态仿真分析和研究。

2.研究内容
本研究旨在通过动态仿真分析挖掘双馈感应风电机组并网时的技术瓶颈，为提高风电机组的性能和安全性提供支持。

具体研究内容包括：
（1）建立双馈感应风电机组的电气模型和机械模型。

（2）基于 Matlab/Simulink 平台，建立双馈感应风电机组的动态仿真模型，分析双馈风电机组的电气行为和机械特性。

（3）分析双馈感应风电机组在并网过程中的各种故障情况，如短路、过电压等，分析并网对系统稳定性的影响。

（4）研究风电场的能量管理系统，优化风电机组的控制策略，在风电场中实现微网的联动和管理。

3.研究意义
本研究可以深入理解双馈感应风电机组的运行机理和特性，在实际应用中提高风电机组的性能和可靠性。

同时，通过优化风电场的能量管理系统，可以更好地实现风电场和电网的有效连接，提高风电场的经济性和效率。

此外，本研究还可以为未来设计更加先进的风测系统提供理论依据和技术支持。

风电场电力系统的建模与仿真分析近年来，随着对环境问题的不断关注和对可再生能源利用的不断扩大，风电场成为了可靠的电力供应来源之一。

风能资源丰富，利用成本低，而且不像化石能源一样有排放污染物的风险，因此越来越多的国家都开始在风力发电方面进行投资和研究。

然而，风电场的建设和运营却涉及到了很多技术问题。

其中，电力系统的建模与仿真分析便是其中重要的一环。

风力发电的本质是将风能转化为电能。

具体来说，通过风机叶轮的旋转，驱动发电机发电。

而风电场的电力系统则是将这些发电机产生的电能收集起来，并将其输送到消费者处进行使用。

因此，电力系统的建模与仿真分析就是通过对电力系统的各环节进行合理的建模，对电力系统进行仿真，根据仿真结果分析电力系统的性能、可靠性，并进行问题解决和优化改进的重要手段。

首先，电力系统的建模是非常重要的。

通常来说，建模是建立起整个电力系统的数学模型，用于分析和预测电力系统的行为和性能。

电力系统建模的目标是最大化系统效率和可靠性，并尽可能地降低成本。

同时，在电力系统建模中还应该考虑到电力系统的复杂性，包括供电系统、电流、电磁场、热场等多个因素。

因此，建立一个准确、全面的电力系统模型需要大量的经验和专业知识。

在建立电力系统模型之后，便可进行仿真分析。

仿真分析是指利用计算机程序进行电力系统的模拟，以检测电力系统的运行性能。

仿真分析通过对电力系统的各组件进行数值计算和预测，得出电力系统的行为和特性。

仿真分析可以与实际电力系统的数据进行对比，从而确定仿真程序的准确性和可靠性。

电力系统的仿真分析需要包括多个环节。

首先是电力系统的潮流分析，即分析系统中的电流、电压、功率等特性。

其次是电力系统的稳定性分析，即分析电力系统在各种负荷和故障情况下的稳定性。

再次是电力系统的短路分析，即分析系统中在各种故障下的短路情况，确定其所引起的影响。

最后是针对电力系统的控制和保护设计方案进行模拟和优化分析，以保证电力系统的安全运行。

海上风力发电的变桨系统动力学建模与仿真近年来，随着对可再生能源的需求日益增加和环境保护意识的提高，海上风力发电成为了一种受到广泛关注和发展的清洁能源解决方案。

而变桨系统作为海上风力发电机组的核心部件之一，其性能和稳定性对于提高发电效率和降低运行成本至关重要。

因此，对变桨系统的动力学行为进行建模与仿真，对于指导系统设计和优化运行具有重要意义。

变桨系统是一种通过调整桨叶角度来控制风机转速的机构。

其主要由主控系统与执行机构组成。

主控系统负责接收信号并指导执行机构调整桨叶角度，以实现风机的稳定性控制。

而执行机构则负责接受主控系统指令，并通过变化桨叶角度来改变风机的受力。

因此，变桨系统的动力学建模与仿真需要考虑主控系统与执行机构之间的相互作用。

首先，针对主控系统的建模与仿真，可以采用传统的控制理论方法，如PID控制器。

PID控制器是一种广泛应用的控制算法，通过调节比例、积分和微分增益来实现系统的稳态误差补偿和动态响应调节。

通过建立PID控制器的数学模型，可以分析系统稳定性、平稳误差和响应速度等性能指标，从而设计出满足要求的主控系统。

同时，利用仿真软件对PID控制器进行仿真模拟，可以对系统的运行轨迹和性能进行评估和优化。

其次，针对执行机构的建模与仿真，可以采用机械动力学建模方法。

首先，通过对执行机构的物理结构进行分析，可以获得系统的刚体模型和运动关系。

然后，根据力学原理建立执行机构的动力学方程。

考虑到海上风电场的特殊环境和复杂载荷条件，还需要进一步考虑海洋环境对执行机构的影响，如风速、浪高等因素。

此外，还需考虑桨叶惯性、液压系统的动态特性等因素。

通过建立执行机构的动力学模型，并结合仿真软件进行仿真分析，可以评估执行机构的性能指标，如响应时间、承载能力和能量损耗等。

最后，针对主控系统与执行机构之间的相互作用进行建模与仿真。

主控系统与执行机构之间的信息传递存在一定的时滞和误差。

因此，在进行动力学建模与仿真时，需要考虑这些因素对系统性能的影响。

本科毕业设计（论文）题目：风电场的等值分析与建模仿真研究风电场的等值分析与建模仿真研究摘要目前风力发电的研究已经成为一个重要的课题。

在考虑风电场的并网特性和对电力系统的影响时，如果对风电场内每台双馈风力发电机进行详细建模，计算机的工作量大并且效率低。

将风电场内具有相似工作特性的风电机组等值成一台风力发电机，将会大大减少仿真计算量、提高效率。

本文分析了双馈式风力发电机的基本工作原理和具体的数学模型，在此基础上以PSCAD/EMTDC软件为仿真平台，搭建了双馈风力发电机的动态数学模型。

以风速为分群指标采用改进的容量加权法对风机、双馈式发电机和控制系统分别进行等值建模，然后搭建了不同风电机组的详细模型和等值模型，仿真结果表明等值模型在稳定运行、风速波动和外部短路故障下的运行特性与风电机组的详细模型基本吻合,说明了其等值方法的正确性。

关键词：双馈式感应发电机；等值；容量加权法；PSCADThe equivalent analysis of wind farm and studies ofsimulation modelingAbstractNowdays the wind power generation has gradually become an important topic of research. If the model of each doubly-fed wind power generator in the wind farm was set up in detail, the computer will workload and have low efficiency. If make wind power generators which have similar features in the wind farm into an equivalent wind power generator, that will greatly reduce the simulation calculation and improve efficiency.This paper analyzes the basic principle and specific mathematical model of doubly-fed wind power generator, Set up a dynamic mathematical model of doubly-fed wind power generator based on the PSCAD/EMTDC software for the simulation platform. The modified capacity of the weighted method is adopted for wind turbine、doubly-fed generator、the control system’s modeling equivalent. Then set up the detailed model and equivalent model of wind turbines. The simulation results suggested that the equivalent model’s operation characteristics under stable operation or wind speed fluctuation or the external short circuit fault consistent with the detailed model of wind turbines, illustrating the validity of the equivalent value method.Keywords：Double-fed Induction Generator; Equivalence; Weighted method; PSCAD目录第1章引言 (1)1.1 选题背景和研究意义 (1)1.2 双馈式风力发电机等值建模的研究现状 (2)1.3 本文的研究内容 (3)第2章变速恒频双馈风力发电系统的数学模型 (4)2.1 双馈风力发电机的原理 (4)2.2 风机数学模型 (5)2.2.1 风能利用系数 (5)2.2.2 风机捕获功率 (6)2.2.3 风机驱动系统模型 (7)2.3 双馈风力发电机的动态数学模型 (7)2.3.1 感应发电机的传递公式 (7)2.3.2 双馈发电机的动态数学模型 (8)2.3.3 双馈发电机有功无功的解耦控制 (8)2.3.4 网侧控制系统的数学模型 (9)2.3.5 转子侧控制系统的数学模型 (9)2.4 本章小结 (10)第3章双馈风力发电机的等值研究 (11)3.1 双馈式风力发电机模型内部的等值参数计算 (11)3.1.1 视在功率和转矩的等值 (11)3.1.2 变换器直流环节的等值 (11)3.1.3 阻抗的等值 (12)3.1.4 比例系数和积分时间常数的等值 (13)3.1.5 转动惯量、扭转系数和阻尼系数的等值 (13)3.2 双馈式风力发电机的风速等值 (13)3.3 集电线路的阻抗的静态等值 (14)3.4 本章小结 (16)第4章风电场等值的仿真分析 (17)4.1 详细模型的搭建 (17)4.2 等值模型的搭建 (17)4.3 四种情况的风机等值及结果分析 (18)4.3.1 十台同风速同型号的风机等值结果 (18)4.3.2 十台不同风速同型号的风机等值结果 (21)4.3.3 六台同风速不同型号的风机等值结果 (23)4.3.4六台不同风速不同型号的风机等值结果 (26)4.4 对于不同功率的双馈式风力发电机不同风速下风能利用系数的测量 (28)4.5 本章小结 (29)第5章总结和展望 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (34)附录A风机参数 (34)附录B发电机参数 (34)第1章引言1.1 选题背景和研究意义改革创新以来，工业技术不断发展，能源枯竭问题日益恶化，利用风能这种无污染的新能源进行发电被广泛地应用到电力系统上，其中以双馈式风力发电机和直驱式风力发电机为代表。

超大型海上风力发电机组的模拟与分析海上风电是一种新兴的可再生能源，随着技术的不断发展，越来越多的国家开始将其作为重要的发电方式。

与陆地风电相比，海上风电因为能够更好地利用风力资源而具有更高的发电效率和更稳定的发电质量。

而在海上风电中，超大型海上风力发电机组更是备受青睐。

那么，接下来就让我们一起来了解一下超大型海上风力发电机组的模拟与分析吧。

1. 超大型海上风力发电机组的概况首先，我们需要对超大型海上风力发电机组进行简要的介绍。

超大型海上风力发电机组是指通过机舱内部向外传递的主轴来驱动转子，进而实现风力发电的设备。

一般来说，其转子直径大于150米，装有大功率的风力发电机，可以在高风速下不断地输出电能。

此外，为了更好地实现海上风力发电，超大型海上风力发电机组往往还包括浮式平台、塔筒、液压缸等配套设备。

2. 超大型海上风力发电机组的模拟过程超大型海上风力发电机组的模拟过程主要包括三个步骤，即建立模型、设计控制器、仿真验证。

首先，需要建立设备的数学模型，其中包括主轴动力学模型、转子动力学模型、电功率控制模型等。

其次，需要设计控制器，对设备进行控制，实现需要的操作。

最后，进行仿真验证，看是否符合实际情况，是否有问题需要改进。

3. 超大型海上风力发电机组的分析方法超大型海上风力发电机组的分析方法主要包括几何描述、力学分析、控制仿真等多个方面。

其中，几何描述是指对设备的外形和大小进行描述和计算，包括转子直径、塔筒高度、叶片数量等。

力学分析则是指对设备的动态特性进行分析和计算，包括叶片风荷载、转矩、转速等。

控制仿真则是指将模型和控制器结合起来，模拟设备在不同情况下的工作状态。

4. 超大型海上风力发电机组的优势和不足超大型海上风力发电机组的优势主要表现在以下几个方面。

首先，由于其转子直径大，因此能够更好地利用海上风能，提高发电效率。

其次，超大型海上风力发电机组在高风速下仍能稳定输出电能，从而提高了风电的可靠性。

不过，超大型海上风力发电机组也存在一定的不足。

直流汇集型海上风电场设计与建模仿真直流汇集型海上风电场是指在海上建设的风力发电场，通过直流电缆将多个风机的电能集中传输到陆地上的变电站，再转换为交流电并送入电网。

该设计模型的目的是为了优化风电场的布局、减少能量损失和提高整个系统的效率。

本篇文章将从如下几个方面来探讨直流汇集型海上风电场的设计与建模仿真。

首先，风电场的布局是直流汇集型海上风电场设计的关键一步。

布局的合理性直接影响到风机的相互之间的阻挡和遮挡、电缆长度和损失等方面。

因此，在设计阶段，可以通过仿真软件进行风电场的布局优化。

仿真软件可以模拟风场、风机和电缆之间的相互作用，进而预测不同布局下的风机间的能量损失和系统效率。

通过这样的仿真分析，可以选择最佳布局方案，提高风电场的整体效益。

其次，风电场中的风机是直流汇集型海上风电场模型中的核心组成部分。

在建模仿真时，可以采用正则方格化的风机分布模式，将风场划分为数个小区域，每个小区域内均匀放置多个风机。

通过仿真软件模拟风机叶片动力学、转动功率以及发电机转化效率等参数，进而预测风机产生的风能和电能输出。

通过对风机参数的调整，可以优化风机的性能，提高系统的整体效率。

第三，在直流汇集型海上风电场建模仿真中，电缆的设计与布置也是非常重要的一步。

电缆的长度和负载对整个系统的能量损失和传输效率有直接影响。

在仿真中，可以通过构建电缆模型，模拟电缆的电阻、电感和电容等特性，然后分析电缆传输过程中的能量损失。

通过仿真模拟，在不同参数下对电缆进行优化设计，从而降低能量损失。

此外，还可以考虑电缆的布置方式，如何降低电缆之间的干扰以及避免其与其他设备的交叉干扰，从而提高整个电力系统的稳定性和可靠性。

最后，在直流汇集型海上风电场设计与建模仿真中，还可以考虑一些其他因素，如风速和电网负荷的波动等情况。

通过对风速随时间变化的仿真分析，可以评估风电场的稳定性和可靠性。

而对电网负荷波动的仿真分析，可以优化系统的调度方案和负荷分配，提高整个系统的灵活性和效率。

双馈风力发电机在海上风电场的应用研究刘文彪（中海油能源发展股份有限公司油田建设工程分公司，天津塘沽 300452）摘要：目前，海上风电产业的发展如火如荼，本文提出将双馈风力发电机应用于大容量海上风电场。

本文分析了双馈发电机的工作原理和控制策略，对并网前和并网后分别做了仿真分析。

由此得出，双馈发电机应用于海上风电场不仅切实可行，且具有广阔的市场前景。

关键词：海上风电场，双馈风力发电机，直驱永磁发电机一、引言1.1 海上风力发电的必要性风力发电是一种干净的可再生能源，没有常规能源所造成的环境污染，而且其技术成熟，单机容量大，建设周期短，完全是一种安全可靠的能源。

从长远看，不论工程投资还是发电成本，都会逐步接近火电成本。

风力发电是一个极具发展潜力的产业。

资料显示，风能最大的优点是可再生无污染，一台单机容量为1000千瓦的风机与同容量火电装机相比，每年可减排2000吨二氧化碳、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。

欧美国家近年来对风电大加青睐，出台许多政策来促进风电开发，使风电成为21世纪最具发展潜力的能源品种。

截止2003年底，全球风电装机总容量年增长率达到30%以上。

美国、意大利、德国的年增长率更高达50%以上。

海上丰富的风能资源和当今技术的可行性，预示着将成为一个迅速发展的市场，风电产业将是一个经济增长点。

欧洲海上风电场2010年后将会大规模开发，中国作为发展中国家，应跟踪海上风电技术的发展，因为中国也有丰富的海上风能资源。

中国东部沿海水深2～15米的海域面积辽阔，按照与陆上风能资源同样的方法估测，10米高度可利用的风能资源约是陆上的3倍，即700GW，而且距离电力负荷中心很近，随着海上风电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会成为重要的可持续发展能源。

1.2 双馈风力发电机的优势在国外风电领域，变速恒频机组已经成为主流，包括交流励磁的双馈发电机和直驱式永磁同步发电机两种机型，其中以双馈风电机组为主。

中海油渤海油田海上风电项目的成功是中国海上风电事业的一个里程碑，其所用风电机组为金风科技生产的直驱式永磁同步发电机。