PSCAD风机和风电场建模教程

基于PSCAD的双馈风力发电机组建模及稳态运行仿真高爱云;蔡泽祥【摘要】运用PSCAD建立了单台双馈风力发电机组并入无穷大电网的仿真模型,并对其稳态运行时的功率、转子电压和电流进行了仿真分析,仿真结果与实际相符,进一步丰富了风力发电的建模和仿真技术.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2017(046)001【总页数】4页(P51-54)【关键词】双馈风力发电机组;PSCAD;稳态运行【作者】高爱云;蔡泽祥【作者单位】广东水利电力职业技术学院电力系,广东广州 510635;华南理工大学电力学院,广东广州 510640【正文语种】中文【中图分类】TM315我国蕴藏着丰富的风力资源，由于技术成熟，风力发电成为目前新能源发电技术中发展速度最快、最有发展前景的发电方式。

双馈发电机以其变速恒频运行能力、有功和无功解耦控制、造价低等优点成为风电领域应用最普遍的机型。

随着风电场规模的不断扩大，如何建立双馈风力发电机组仿真模型，采取适当的控制策略对风电运行特性进行仿真分析成为研究热点。

文献[1]介绍了双馈风电机组的建模方法，分析了PWM电流跟踪控制技术，但未提供仿真结果；文献[2]分析了风机模型和换流器控制系统模型，文献[3]研究了双馈风电机组在风速变化时控制系统建模及设计，两者均未给出某一风速下双馈风电机组并网运行时的转速、功率、电压、电流间的对应关系。

本文旨在建立双馈风力发电机组并网运行的仿真模型，分析其稳态运行特性，为复杂系统建模提供支持。

PSCAD中已有异步发电机和风机的模型，只需输入相应参数即可，本文主要介绍换流器控制系统的建模。

（1）转子侧换流器定子磁链定向控制转子侧换流器控制策略是：将定子磁链与同步旋转坐标系的d轴重合，通过调节转子电流的d轴分量调节定子输出的有功功率，通过调节转子电流的q轴分量调节定子输出的无功功率，从而实现功率的解耦控制。

控制框图如图1所示。

图1中，θ为d轴超前于定子绕组A相轴线的角度转速参考值，θr为转子绕组a相轴线超前于定子绕组A相轴线的角度。

太阳能学报３ｌ卷３低风速下最大功率追踪算法的实现由于风速测量的不可靠性，所以最大功率追踪不能以直接控制风力机转速来使之达到当前风速下的最佳值为目的［１６’１７｜。

本文采用以控制风电机组输出的有功功率为目的，通过风力机转速的测量值计算得到该时刻下应获得的最大功率，并将其设为换流器的有功参考值。

当机械功率与该电磁功率设定值不相等时，会导致机械转矩和电磁转矩的不平衡，从而引起风力机加速或减速，并间接实现最佳转速的控制和最大功率的追踪。

由风能捕获系数ｃ。

的计算式可知，只要保持转速满足最佳叶尖速比Ａ＝Ａ。

，即可获得最大功率。

由于此时：ｎＶｗ：掣（１３）＾Ⅲ将式（１３）代入式（１），且这时的Ｃ。

＝ｃ。

ｍｅｒｅ，故风力机获得的最大功率可表示为：ｎ５户≯＝ｏ．５ｐＴｔ了／１［ｒｃ≯∞：＝Ｋ·山３。

（１４）Ａｏｐｔ由此可以通过查表法，再扣除相应的损耗Ｐ０，即可获得有功功率指令值Ｐ耐＝Ｐ＝疆一Ｐ０。

４高风速下桨距角控制器的设计桨距角控制器用来在风速高于额定值的情况下，通过增大风力机桨距角卢，进而减小风能捕获系数，从而保证风力机输出功率稳定在额定值附近，以防止机组过载。

但随着风力发电机组容量的增大，大型风力发电机组的单个叶片已重达数吨，采用机械装置操作如此巨大的惯性体，其动作时间常数不可能很小ｕ８｜，因此在高频的风速变化下，变距控制必须与通过功率控制间接实现的转速控制相配合，才能实现风力机高风速下的正常运行。

设计的桨距角控制器如图７，为了更好地反映实际机械系统的响应情况，桨距角ｐ的变化率被限制在１００，ｓ以内，且变化范围为００～２５。

，采用转速额图７桨距角控制器模型Ｆｉｇ．７Ｐｉｔｃｈｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｍｏｄｅｌ定值同测量值误差∞一一叫一的比例积分，同时引入了有功额定值同测量值之间差值Ｐ一一Ｐ一的微分环节，改善了控制器的响应特性。

５仿真结果及分析ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ仿真程序自带的风力原动机，桨距角控制器模型并不能用于直驱式风力发电机组的建模与仿真，为此本文采用其用户自定义功斛侉１，建立风电机组和桨距角控制器模块，并搭建背靠背ＶＳＣ换流器模型。

PSCAD风机和风电场建模教程PSCAD是一种用于电力系统仿真的软件工具，它可以帮助工程师模拟和分析各种电力系统的行为。

在风能领域中，PSCAD也被广泛应用于风机和风电场的建模和仿真。

本文将介绍PSCAD中风机和风电场建模的基本步骤和一些建模技巧。

首先，为了建模风机和风电场，我们需要了解风机和风电场的基本原理。

风机是将风能转化为电能的设备，它由风机转子、风机塔和风机控制系统组成。

风电场是由多个风机组成的集合体，在网络中并联运行。

在PSCAD中建模风机，可以将其分为机械部分和电气部分。

机械部分包括风机转子的旋转和机械件的运动，可以使用旋转机械件模块实现。

电气部分包括风机的电气特性和控制系统，可以使用电气元件和控制系统元件进行建模。

在建模风机转子时，可以使用旋转机械件模块，选择合适的转子类型和参数。

通常，风机转子是根据风速来调整转速和转矩的，可以使用转速和转矩曲线来描述。

在PSCAD中可以使用旋转机械件模块中的曲线调节器来实现这一功能。

在建模风电场时，可以将多个风机并联连接在一起。

在PSCAD中，可以使用并联连接模块将多个风机连接到电网中。

并联连接模块可以根据需要设置风机的数量和参数，以及风机与电网的连接方式和参数。

在建模风电场时，还需要考虑到风机之间的互相影响，例如，当一个风机失效时，其他风机应该能够承担相应的负荷。

在风电场建模中，还需要考虑风电场的调度和控制。

例如，根据电网的需求和风机的性能，可以设置不同的运行模式和控制策略。

在PSCAD中可以使用控制系统模块来建模风电场的控制系统，通过调整控制策略和参数，实现风电场的优化运行。

在建模风机和风电场时，还需要考虑到风速的变化和风机的响应时间。

例如，当风速突然改变时，风机需要一定的响应时间来调整转速和转矩。

在PSCAD中可以使用时间域仿真来模拟风速的变化和风机的响应，通过调整仿真时间步长和模型精度，得到准确的仿真结果。

总之，PSCAD是一种强大的工具，可以帮助工程师建模和仿真风机和风电场。

风力发电机组监测与控制课程设计说明书基于PSCAD 的双馈风力发电系统的建模与仿真专业 新能源科学与工程学生姓名 李坤班级能源111学号20指导教师张兰红完成日期2015年1 月10 日摘要电力是国家的支柱能源和工业经济命脉，经济的飞速发展而导致用电量的急剧增加和国内各大型电厂的建设投产将出现大规模的联合供电系统，这样的供电系统的建立将带来巨大的经济和社会效益，但是，如何保证系统安全、稳定、经济的运行以及保障供电质量是摆在电力科技人员面前的一个重大而迫切的问题。

本论文首先介绍了STATCOM具体的工作原理，对STATCOM的电路结构及其无功补偿的原理进行了分析。

然后，通过数学推导建立了STATCOM在abc坐标系以及dq0坐标系下的数学模型，并叙述了本文所采用的常规矢量控制策略的具体控制方法。

分析了双馈型风电场接入输电系统后的暂态特性以及对电力系统暂态稳定性的影响。

基于PSCAD仿真平台建立了风力机模型和双馈型发电机组的动态数学模型，在换流器建模方面，转子侧换流器的矢量控制实现了有功功率和无功功率的解耦控制，网络侧换流器的矢量控制实现了直流母线电压保持恒定以及调节输入系统的无功功率。

关键词:风电场；双馈型发电机；暂态稳定；目录1 引言电力是国家的支柱能源和工业经济命脉，经济的飞速发展而导致用电量的急剧增加和国内各大型电厂的建设投产将出现大规模的联合供电系统，这样的供电系统的建立将带来巨大的经济和社会效益，但是，如何保证系统安全、稳定、经济的运行以及保障供电质量是摆在电力科技人员面前的一个重大而迫切的问题。

由于配电网结构、运行变化等原因，我国配电网损耗、电压合格率等技术指标与发达国家相比有很大差距，由于电压不合格等原因造成用户电器烧毁的现象仍然存在，而网损过高使得生产的宝贵电能白白浪费，而且影响电力企业的经济效益。

在人们日常生活以及工业生产中，感性负载所占据的比例增大，无功功率问题逐渐成为电力系统和电力用户都十分关注的问题，也是近年来各方面关注的热点之一，功率因数也是衡量电能质量三大指标之一，功率因数也是衡量电能质量三大指标之一。

PSCAD/EMTDC在风力发电机组软并网中的应用摘要：建立软并网系统仿真模型及相应的控制系统仿真模型，并在PSCAD/EMTDC环境下模拟仿真风力发电机组的软并网过程，对软并网仿真结果进行分析和研究。

表明在发电机与电网之间装设软并网装置可将并网瞬间的冲击电流限制在较低的范围内。

关键词：软并网；仿真；异步发电机；冲击电流THE APPLICATION OF PSCAD/EMTDC AT SOFT-CONNECTING PROCESS OFGENERATORSAbstract：This design, sets up the model of the soft- connecting system simulation and the corresponding control system simulation, then make some experiments on the simulation of the soft- connecting process of generators. Finally, analysis and summary of the results based on PSCAD/EMTDC software.it is showed that using soft-start to connect the grid can control current value under acceptable limitation.Keywords : soft cut-in；simulation; asynchronous generator; impact current0 引言异步发电机对电网的调速要求不像同步发电机那么严格精确，只要转速接近同步转速时就可并网，国内及国外与电网并联运行的风力发电机组中，多采用异步发电机，但异步发电机在并网瞬间会出现较大的冲击电流，随着风力发电机组单机容量的不断增大，这种冲击电流对发电机自身部件的安全及对电网的影响也愈加严重。

风力发电机组监测与控制课程设计说明书课题名称基于PSCAD_EMDTC的双馈风力发电机的控制策略研究专业学生姓名班级学号指导教师完成日期盐城工学院课程设计说明书(2015)目录1摘要 (1)2PSCAD软件简介 (2)3PSCAD样例说明 (3)3.1同步风力机样例功能与工作原理分析 (3)3.2同步风力机样例仿真模型的建立过程 (5)3.2.1风源组件 (6)3.2.2风力发电机组 (7)3.2.3调速器组件 (8)3.2.4同步发电机 (11)3.2.5单输入电平比较器 (15)3.2.6电压源 (16)3.2.7故障的模拟组件 (17)3.2.8控制面板 (19)3.3同步风力机样例仿真结果分析 (20)4双馈风力发电机仿真模型的建立 (22)4.1双馈风力发电机工作原理及控制方法分析 (22)4.1.1工作原理分析 (22)4.1.2控制方法分析 (24)4.2双馈风力发电机仿真模型的建立 (26)4.2.1转子侧变换器模块 (26)4.2.2 电网侧变换器模块 (27)4.2.3 电源 (28)4.2.4单输入电平比较器 (29)4.2.5绕线转子感应式电机 (30)4.2.6有功/无功功率器 (31)4.2.7控制面板 (32)4.3双馈风力发电机仿真结果分析 (33)5结论 (34)6心得体会 (35)7参考文献 (36)附录 (37)1摘要随着风电在电力系统中的比例不断增加，其对电力系统的影响已不可忽略。

由于风力发电机组的工作原理和接入方式与传统的三相同步发电机组差异较大，因此对风力发电机组的准确建模是分析大规模风电的接入对电网稳定性、安全性、可靠性等方面影响的关键步骤。

电力系统暂态仿真是开展风电并网研究的一种重要手段，而建立准确、有效的风力发电机组暂态模型则是仿真工作的基础，基于PSCAD能建立详细反映风机控制调节特性的风机电磁暂态仿真模型，包括风机的详细风力机、轴系、发电机及变流器等元件模型与变流器的机侧和网侧控制、风力机的桨距角控制等控制模型，所建立的模型能反应风机在各种扰动下的输出特性。

（整理）PSCAD中的发电机模型.1.Synchronous Machine（同步机）本组件有⼀选项是可以模拟Q轴的两个阻尼绕组，因此它可以作为隐极极或者凸极机使⽤。

其速度可以由给“w”输⼊⼀个正值直接控制，或者将机械转矩输⼊到“Tm”上。

使⽤此组件模拟同步机有许多优势。

对于⼀般应⽤，那些标注为“Advanced”的参数可以不⽤修改直接采⽤默认值，这样做不会改变设备的特性。

本组件的这些特点主要是为了初始化仿真以及更快的达到期望的稳态。

期望的稳态由潮流可知。

在仿真中⼀旦达到稳态，可能就要使⽤故障、扰动等等来看看系统的暂态响应。

5.Squirrel Cage Induction Machine（⿏笼感应电动机）本组件可以运⾏于“速度控制”或“转矩控制”模式下。

在“速度控制”模式下，电动机按照输⼊“W”的规定速度运转。

在转矩控制模式下，速度根据设备的惯性、阻尼和输⼊转矩、输出转矩求得。

通常，此型电动机在启动时采⽤“速度控制”，输⼊“W”取值为额定标么转速（0.98），在电动机最初的暂态结束（过渡到稳态）后采⽤转矩控制。

本组件可以和“Multi-Mass Torsional Shaft Interface”组件配合使⽤。

6.Wound Rotor Induction Machine（绕线转⼦感应电动机）此感应电动机可采⽤“速度控制”和“转矩控制”模式运⾏。

通常，通常，此型电动机在启动时采⽤“速度控制”，输⼊“W”取值为额定标么转速（0.98），在电动机最初的暂态结束（过渡到稳态）后采⽤转矩控制。

本组件可以和“Multi-Mass Torsional Shaft Interface”组件配合使⽤。

7.Two Winding DC Machine（两绕组直流电机）本绕组模拟了两绕组直流电机。

如果外部接线正确的话，电枢绕组两端（right side + and -），磁场绕组两端（top + and -）。

这样可以满⾜孤⽴励磁机、并联或串联电机仿真的需要。

PSCAD电力系统仿真——从风机到风电场建模目录A部分：引言............................................................. - 2 -1.介绍............................................................... - 2 -2.PSCAD部件......................................................... - 2 -3.仿真建模结构....................................................... - 3 -4.仿真执行........................................................... - 3 - B部分：建模............................................................. - 4 -5.从风到同步发电机................................................... - 4 -5.1风源......................................................... - 5 -5.2风力发电机组件............................................... - 6 -5.3风力发电机的调速器组件....................................... - 9 -5.4同步发电机.................................................. - 12 -5.5涡轮发电机连接：在额定负载下的模拟.......................... - 15 -6.AC/DC/AC：电源和频率转换.......................................... - 17 -6.1二极管整流器................................................ - 17 -6.2过电压保护.................................................. - 19 -6.3 DC母线..................................................... - 20 -6.4 6-脉冲晶闸管逆变器.......................................... - 23 -6.5与电网的连接................................................ - 29 -7.配电网............................................................ - 31 -7.1定义网络.................................................... - 31 -7.2潮流仿真.................................................... - 34 - C部分：仿真............................................................ - 36 -8. 恒风速研究....................................................... - 36 -8.1架构完整模型................................................ - 36 -8.2恒风研究.................................................... - 37 -9.故障分析.......................................................... - 38 -9.1默认在节点3 ................................................. - 38 -9.2默认在节点2 ................................................. - 41 -9.3结论........................................................ - 43 -10.变风速研究....................................................... - 44 -10.1动态变桨控制............................................... - 44 -10.2被动变桨控制仿真........................................... - 47 -10.3比较被动和动态的桨距控制................................... - 48 -11.风电场........................................................... - 50 -11.1从一个单一风力发电机到风电场............................... - 50 -11.2 PWM调节驱动器............................................. - 53 - D部分：附录............................................................ - 64 -12. 参考文献........................................................ - 64 -A部分：引言1.介绍近年来，风力发电已引起特别的兴趣，许多风力发电站在世界各地的服务。

基于PSCAD的双馈风力发电机组建模及稳态运行仿真高爱云;蔡泽祥
【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2017(046)001
【摘要】运用PSCAD建立了单台双馈风力发电机组并入无穷大电网的仿真模型,并对其稳态运行时的功率、转子电压和电流进行了仿真分析,仿真结果与实际相符,进一步丰富了风力发电的建模和仿真技术.
【总页数】4页(P51-54)
【作者】高爱云;蔡泽祥
【作者单位】广东水利电力职业技术学院电力系,广东广州 510635;华南理工大学电力学院,广东广州 510640
【正文语种】中文
【中图分类】TM315
【相关文献】
1.PSCAD/EMTDC环境下双馈风力发电机组的建模与仿真 [J], 王金行;赵生传;王泽众;刘远龙;龚文杰;李文升
2.基于PSCAD的双馈风力发电机组的建模仿真 [J], 褚俊龙
3.基于PSCAD的双馈风力发电机组的建模仿真 [J], 褚俊龙;
4.基于PSCAD的变速恒频双馈风力发电机组并网稳定性仿真研究 [J], 王志新;张华强;夏凯
5.基于PSCAD仿真软件的城市轨道交通交直流混合供电系统仿真建模 [J], 郭志
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基于PSCAD的并网型风机建模及仿真作者：院海， 晁勤， 吐尔逊， YUAN Hai， CHAO Qin， TU Er-xun作者单位：新疆大学,电气工程学院,新疆,乌鲁木齐,830008刊名：可再生能源英文刊名：RENEWABLE ENERGY RESOURCES年，卷(期)：2008,26(2)被引用次数：1次参考文献(11条)1.汤宏;吴俊玲;周双喜包含风电场电力系统的小干扰稳定分析建模和仿真[期刊论文]-电网技术 2004(01)2.TAMURA J;UENO M Transient stability simulation of power system including wind generator byPSCAD/EMTDC 20013.SENJYU T;SUEYOSHI N Stability analysis of wind power generating system 20024.迟永宁;王伟胜;刘燕华大型风电场对电力系统暂态稳定性的影响[期刊论文]-电力系统自动化 2006(11)5.SAI MANK;ANITAI J Windmill modeling consideration and factors influencing the stability of a grid-connected wind power-based embedded generator[外文期刊] 2003(02)6.王锋;姜建国;颜天佑基于Matlab的异步电动机建模方法的研究[期刊论文]-系统仿真学报 2006(07)7.吴学光;张学成;印永华异步风力发电系统动态稳定性分析的数学模型及其应用[期刊论文]-电网技术 1998(6)8.郑康;潘再平变速恒频风力发电系统中的风力机模拟[期刊论文]-机电工程 2003(06)9.李晶;宋家骅;王伟胜大型变速恒频风力发电机组建模与仿真[期刊论文]-中国电机工程学报 2004(06)10.雷亚洲;GORDONLIGHTBODY国外风力发电导则及动态模型简介[期刊论文]-电网技术 2005(12)11.李晶;王伟胜;宋家骅变速恒频风力发电机组建模与仿真[期刊论文]-电网技术 2003(09)引证文献(1条)1.潘庭龙.纪志成基于PSCAD的变速恒频双馈风电系统建模与仿真[期刊论文]-控制工程 2009(6)本文链接：/Periodical_ncny200802005.aspx。

第37卷第21期电力系统保护与控制Vol.37 No.21 2009年11月1日 Power System Protection and Control Nov. 1, 2009 基于PSCAD_EMTDC的大型并网风电场建模与仿真李环平，杨金明（华南理工大学电力学院，广东 广州 510640）摘要：由几百台风机驱动鼠笼电机所组成的风电场将会给电网带来电能质量的问题。

为了研究风电场对电网动态特性的影响，建立合适的风电场模型来描绘由许多单个风机组成的动态特性是一个重要课题。

给出了恒速风电机构成的风电场的不同动态模型，包括不同的等值模型和无功补偿装置的模型。

这些模型在PSCAD/EMTDC的软件中建立，并以南澳风电场接入汕头电网为实例，结合扰动和电网故障情况下的仿真研究来进行比较。

关键词: 并网风电场；动态运行；等值方法；定速异步发电机；等值模型；无功补偿Model and simulation of large grid connected wind farm based on PSCAD_EMTDCLI Huan-ping，YANG Jin-ming(Electric Power of College，South China University of Technology，Guangzhou510640，China)Abstract: The wind park that aggregates hundreds of wind-turbine driven squirrel cage induction generators will bring power quality problems to the grid. To study the impact of wind farm on the dynamics of the power system, an important issue is to develop appropriate wind farm models to represent the dynamics of many individual WTGs. This paper presents various dynamic models, including various equivalent models and models of reactive power compensation, of wind farm with fixed-speed WTGs. These models are developed and compared by simulation studies in the PSCAD/EMTDC environment under fluctuation conditions as well as grid fault conditions，which take Nan’ao wind park connected to the grid of Shantou as an example.Key words: grid connected wind farms；dynamic operation; equivalent methods；fixed speed induction generator； equivalent model；reactive power compensation中图分类号： TM614 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2009)21-0062-050 引言与日俱增的电能消耗不可避免的加剧了化石燃料储存量的减少，同时人类对“绿色能源”有着迫切的需求。

PSCAD使用教程
1.软件安装和启动
2.创建电力系统
在左侧的工具栏上，可以找到各种元件和工具，用于创建电力系统。

例如，可以通过拖拽电动机、变压器、发电机等元件到画布上来创建一个简单的电力系统。

3.连接元件
在画布上选择一个元件，然后点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“连接...”，然后选择另一个元件进行连接。

通过这种方式，可以将不同的元件连接在一起，以构建电力系统。

4.设置元件参数
5.添加控制逻辑
6.运行仿真
完成电力系统的搭建后，可以点击软件界面上的“运行”按钮，开始进行仿真。

在仿真过程中，软件会模拟电力系统的运行情况，并显示相应的波形图和结果。

7.分析结果
仿真完成后，可以通过查看软件界面上的波形图和结果来分析电力系统的性能。

例如，可以查看电压、电流、功率等参数的变化情况，以评估系统的稳定性和效率。

8.导出结果
在完成仿真和分析后，可以将结果导出为图片或文本文件，以便进一
步处理和展示。

PSCAD还支持将结果导出到Excel或MATLAB等软件进行
更加复杂的分析和处理。

总结：
通过以上步骤，我们可以了解到PSCAD的基本功能和使用方法。

当然，PSCAD还有更多复杂的功能和应用，如交互式建模、多物理域耦合等。

希
望这篇教程对初学者能够有所帮助，更好地使用PSCAD进行电力系统仿真
和分析。

PSCAD电力系统仿真——从风机到风电场建模目录A局部：引言 ...............................................................................................................................- 2 -1.介绍....................................................................................................................................- 2 -2.PSCAD部件........................................................................................................................- 2 -3.仿真建模构造....................................................................................................................- 3 -4.仿真执行............................................................................................................................- 3 - B局部：建模 ...............................................................................................................................- 4 -5.从风到同步发电机............................................................................................................- 4 -5.1风源.........................................................................................................................- 5 -5.2风力发电机组件.....................................................................................................- 6 -5.3风力发电机的调速器组件.....................................................................................- 9 -5.4同步发电机.......................................................................................................... - 13 -5.5涡轮发电机连接：在额定负载下的模拟.......................................................... - 16 -6.AC/DC/AC：电源和频率转换 ........................................................................................ - 18 -6.1二极管整流器...................................................................................................... - 19 -6.2过电压保护...........................................................................................................- 20 -6.3 DC母线 ................................................................................................................ - 21 -6.4 6-脉冲晶闸管逆变器........................................................................................... - 25 -6.5与电网的连接...................................................................................................... - 30 -7.配电网............................................................................................................................. - 32 -7.1定义网络.............................................................................................................. - 32 -7.2潮流仿真.............................................................................................................. - 35 - C局部：仿真 ............................................................................................................................. - 37 -8. 恒风速研究.................................................................................................................... - 37 -8.1架构完整模型....................................................................................................... - 37 -8.2恒风研究.............................................................................................................. - 38 -9.故障分析......................................................................................................................... - 39 -9.1默认在节点3 ....................................................................................................... - 40 -9.2默认在节点2 ....................................................................................................... - 42 -9.3结论...................................................................................................................... - 44 -10.变风速研究................................................................................................................... - 45 -10.1动态变桨控制.................................................................................................... - 45 -10.2被动变桨控制仿真............................................................................................ - 48 -10.3比拟被动和动态的桨距控制............................................................................ - 49 -11.风电场............................................................................................................................- 51 -11.1从一个单一风力发电机到风电场.....................................................................- 51 -11.2 PWM调节驱动器.............................................................................................. - 54 - D局部：附录 ............................................................................................................................ - 65 -12. 参考文献..................................................................................................................... - 65 -A局部：引言1.介绍近年来，风力发电已引起特别的兴趣，许多风力发电站在世界各地的效劳。

（类 别: 全日制硕士研究生 题 目：基于P S C A D 的双馈感应风力发电机并网控制 英文题目：Grid Connection Control of DFIG Wind Power Generation Based on PSCAD 研究生：周杰 学科名称：电力电子与电力传动 指导教师：李含善 教授 任永峰 副教授 二○一○年五月硕士学位论文分类号: 学校代码: 10128 U D C : 学 号: 20071079摘要全球能源不断消耗，环境日益污染。

风能是一种绿色能源，已经受到世界各国的广泛重视。

风力发电技术得到了快速的发展，已经由初期的恒速恒频（CSCF）风力发电发展到现在的兆瓦级变速恒频（VSCF）风力发电。

其中，双馈电机（DFIG）变速恒频风电机组由于其自身的各种优点已经成为风力发电的主流。

采用双馈电机的风力发电系统具有变速运行、四象限潮流控制、改善电能质量、变频器容量小等优点，在风力发电中被广泛使用。

本文以电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC为平台，对兆瓦级变速恒频双馈电机进行了仿真研究。

分析了双馈电机的基本结构、运行原理、能量流动关系，建立了双馈电机数学模型。

在此基础上建立了转子侧变换器与网侧变换器的控制系统。

转子侧变换器采用定子磁链定向的矢量控制，并网前实施空载并网控制，并网成功后进行控制策略切换。

在额定风速以下时，发电机输出功率未达到额定功率，采用最大功率跟踪控制，并给出最大风能追踪下的定子有功功率的参考值；在额定风速以上时，增大桨叶节距角，使风力发电机组保持在额定功率发电。

网侧变换器采用电网电压定向的矢量控制，实现直流电压的稳定及网侧的单位功率因数控制。

仿真研究中，将所建模型与PSCAD/EMTDC模型库中的已有模型相结合。

并网前结合桨距角控制解决了转子转速缺乏控制的问题。

风机从接入电网，控制策略切换到发电的全过程仿真表明，该控制策略能快速地控制发电机的定子电压满足并网条件，实现电机在变速条件下的顺利并网，能够很好的实现功率解耦控制及最大风能追踪。

PSCAD电力系统仿真——从风机到风电场建模目录A部分：引言 ...............................................................................................................................- 2 -1.介绍....................................................................................................................................- 2 -2.PSCAD部件........................................................................................................................- 2 -3.仿真建模结构....................................................................................................................- 3 -4.仿真执行............................................................................................................................- 3 - B部分：建模 ...............................................................................................................................- 4 -5.从风到同步发电机............................................................................................................- 4 -5.1风源.........................................................................................................................- 5 -5.2风力发电机组件.....................................................................................................- 6 -5.3风力发电机的调速器组件.....................................................................................- 9 -5.4同步发电机.......................................................................................................... - 12 -5.5涡轮发电机连接：在额定负载下的模拟.......................................................... - 15 -6.AC/DC/AC：电源和频率转换 ........................................................................................ - 17 -6.1二极管整流器...................................................................................................... - 17 -6.2过电压保护.......................................................................................................... - 19 -6.3 DC母线 ................................................................................................................ - 20 -6.4 6-脉冲晶闸管逆变器........................................................................................... - 23 -6.5与电网的连接...................................................................................................... - 29 -7.配电网............................................................................................................................. - 31 -7.1定义网络.............................................................................................................. - 31 -7.2潮流仿真.............................................................................................................. - 34 - C部分：仿真 ............................................................................................................................ - 36 -8. 恒风速研究................................................................................................................... - 36 -8.1架构完整模型...................................................................................................... - 36 -8.2恒风研究.............................................................................................................. - 37 -9.故障分析......................................................................................................................... - 38 -9.1默认在节点3 ....................................................................................................... - 38 -9.2默认在节点2 ....................................................................................................... - 41 -9.3结论...................................................................................................................... - 43 -10.变风速研究................................................................................................................... - 44 -10.1动态变桨控制.................................................................................................... - 44 -10.2被动变桨控制仿真............................................................................................ - 47 -10.3比较被动和动态的桨距控制............................................................................ - 48 -11.风电场........................................................................................................................... - 50 -11.1从一个单一风力发电机到风电场.................................................................... - 50 -11.2 PWM调节驱动器.............................................................................................. - 53 - D部分：附录 ............................................................................................................................ - 64 -12. 参考文献..................................................................................................................... - 64 -A部分：引言1.介绍近年来，风力发电已引起特别的兴趣，许多风力发电站在世界各地的服务。

风力发电机组监测与控制课程设计说明书双馈风力发电机仿真系统专业学生姓名班级学号指导教师完成日期目录1 摘要 (1)2 PSCAD软件简介 (2)3 PSCAD样例说明 (4)3.1 C Interface样例功能与工作原理分析 (4)3.1.1 示例1 (4)3.1.2 示例2 (5)3.1.3 示例3 (8)3.1.4 示例4 (9)3.2 C Interface样例仿真模型的建立过程 (11)3.2.1创建新工程 (11)3.2.2 元件选择 (11)3.2.3 连线及建立连接 (13)3.3 C Interface样例仿真结果分析 (14)4 双馈风力发电机仿真模型的建立 (16)4.1 双馈风力发电机工作原理分析 (16)4.2 双馈风力发电机仿真模型的建立 (19)4.3 双馈风力发电机仿真结果分析 (21)5 仿真过程中遇到的问题及解决的方法 (26)6 小结 (27)7 参考文献 (28)附录 (30)附录1 C Interface样例原理图 (30)附录2 C Interface样例仿真电路图 (30)附录3 双馈风力发电机原理图 (31)附录4 双馈风力发电机仿真电路图 (32)1 摘要近年来，对于风能的利用正逐步走向规模化，大型风电机组并网发电已成为风能利用的主要形式。

风力发电具有许多不同于常规能源发电的特点，风电场的并网运行势必对电网的电能质量、安全稳定等方面带来负面影响，如冲击电流、谐波污染、电网频率稳定性、电网电压稳定性及暂态稳定性等问题。

随着风电场规模的不断扩大，风力发电在电网中所占比例越来越高，风电对电网的负面影响愈加显著，从而严重制约了风电场容量和规模的扩大。

因此，迫切需要深入研究大规模风电场系统接入与并网运行稳定性问题，以减小其对电网造成的不良影响。

目前，双馈风力发电机组(double-fed induction generator, DFIG)正逐步取代传统鼠笼式风力发电机组，成为风电场的主流机型。