基于PSCAD软件的鼠笼异步风力发电系统的设计与仿真

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。

基于鼠笼式异步电机的风机模拟实验平台研究
姚春光;潘卫明;徐殿国;马洪飞
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2010(44)6
【摘要】设计并实现了一个基于鼠笼式异步电机的风机模拟实验平台,为风力发电系统研究提供可控的自然风环境.首先分析了风力机的特性,建立了风力机的模型.通过给定风速和实测转速,按照风力机特性计算出输出的转矩.控制异步电机输出同样的转矩,便可实现风力机的模拟.开发了上位机监测与控制软件,由上位机将相应控制指令下传给一台变频器,来控制异步电机完成特性模拟.在变风速和变转速两种典型运行条件下的实验结果表明,上位机界面满足了用户交互的需求,系统能再现风机在各种不同运行环境下的机械特性,并可与双馈发电机配合进行最大风能追踪实验,满足测试和验证风力发电机控制算法的要求.
【总页数】3页(P23-25)
【作者】姚春光;潘卫明;徐殿国;马洪飞
【作者单位】哈尔滨工业大学,黑龙江,哈尔滨,150000;哈尔滨工业大学,黑龙江,哈尔滨,150000;哈尔滨工业大学,黑龙江,哈尔滨,150000;哈尔滨工业大学,黑龙江,哈尔滨,150000
【正文语种】中文
【中图分类】TM315
【相关文献】
1.基于IPM鼠笼式异步电机交流伺服系统 [J], 赵金;杨璐;余高明;罗慧
2.基于异步电机的风力机模拟实验平台的研究 [J], 乔明;林飞;孙湖;郑琼林
3.基于可测电气量鼠笼式异步电机能效在线监测方法 [J], 王庆;张蓬鹤;赵海森;刘晓芳;杜中兰
4.基于Simulink基本元件的鼠笼式异步电机仿真研究 [J], 罗振中;朱建林;谭平安;兰志勇
5.基于链型等效电路的鼠笼式异步电机启动研究 [J], 张经纬;王雪帆
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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。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·108·2018年第06期文章编号：2095－6835（2018）06－0108－03基于PSCAD仿真的地铁风力发电系统设计许弈飞，周明（华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206）摘要：随着地铁在我国的普及，地铁运营耗电巨大的问题日益凸显。

考虑到地铁隧道活塞风具有周期性及稳定、集中、可收集的特性，设计了适用于地铁区间隧道的、采用直驱永磁同步发电机的小型风力发电系统，收集的电力可用以供给同样具有周期性的地铁隧道中的广告灯牌，达到节能减排的目的。

对所提方案进行了PSCAD平台模型搭建与仿真，证明了系统在不同风力条件下的适用性，并为隧道特种风力机的设计提供参考。

关键词：风力发电系统；地铁隧道；PSCAD仿真；直驱永磁风力发电机中图分类号：TK89文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2018.06.108随着国家政策的推进，城市轨道交通近年来在我国得到普及。

地铁隧道封闭在地下，区间长度较大，适合风能捕捉。

随着节能减排的推进，本文提出捕获地铁活塞风，供电给隧道中的广告灯箱来使用。

地铁活塞风相比其他类型的隧道活塞风具有明显的利用优势，例如，地铁运营具有周期性，列车通过时间可以预测。

目前的地铁隧道广告灯主要有2种：一种为站台附近的常亮广告灯箱，另一种为隧道动态LED广告，这类广告在北京、上海已经得到了广泛应用。

本文通过对地铁隧道区间风力实测，向包括北京、上海等多个城市的隧道LED广告提供商咨询确定负载，设计出合理的小型地铁隧道风力发电系统。

在隧道内部，受空间限制，设计用多台小功率低压直驱永磁风力发电机并入母线，省去了齿轮箱等传动装置。

系统使用AC-DC-AC变流方案，经过蓄电池储能后逆变输出AC220V/50Hz稳定三相电。

同时，本文结合隧道施工标准对风力发电机的安装设置提出要求，保证行车安全。

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。

基于PSCAD的双馈风力发电机组的建模仿真褚俊龙【摘要】This paper using electromagnetic transient simulation software PSCAD, based on the composition and mathematical model of the double fed wind turbine, build its control system model, including the PWM current tracking control technolo-gy, rotor side control strategy, the system side control strategy, Crowbar protection model and the system simulation model.%利用电磁暂态仿真软件PSCAD, 根据双馈风力发电机组的构成及其数学模型, 搭建其控制系统模型, 包括PWM电流跟踪控制技术, 转子侧控制策略, 系统侧控制策略, Crowbar保护模型, 系统仿真模型.【期刊名称】《科技创新与生产力》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】3页(P82-83,86)【关键词】双馈风力发电机组;PSCAD;控制系统模型;Crowbar保护【作者】褚俊龙【作者单位】太原重工股份有限公司技术中心风电所, 山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TM315风力发电作为一种清洁的电力供应形式，对于缓解能源短缺、保护生态环境具有积极意义，因此，各国都对风电发展高度重视，世界风电产业得到迅速发展。

双馈异步风力发电机组由于具有较高的风能利用率，得到了广泛的应用。

由于电网的不稳定性和风能的随机性等因素，安全可靠的风机控制策略显得十分必要，通过对双馈异步风电机组的建模仿真研究控制策略的稳定性就具有重要的现实意义。

基于P-Q变换的鼠笼式异步电动机转子故障仿真分析于子捷;李素英;许允之【摘要】为对电动机进行可靠的实时监测与诊断,提出了基于P-Q变换的鼠笼式异步电动机转子的故障分析方法.该方法是通过同时采集三相电压和电流信号,由电压信号和电流信号相乘得到瞬时有功功率P,将三相电压经过Hilbert变换再与电流信号相乘得到瞬时无功功率Q,以P为横坐标,Q为纵坐标,得到P-Q图.由于正常情况下电动机P、Q均恒定,在P-Q坐标系下对应一个点,而断条故障时电动机频率中将会有附加成分,因而在P-Q坐标系下对应于一个椭圆,通过椭圆长轴的长度分析断条故障的严重性.仿真试验证明,这种方法在轻载情况下仍然有效.【期刊名称】《煤矿机电》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4页(P23-25,29)【关键词】鼠笼式异步电动机;P-Q变换;故障诊断;断条【作者】于子捷;李素英;许允之【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】TM343+.3;TP277.30 引言鼠笼式异步电动机以其简单的结构、低廉的价格和维修工作量小而在工业领域得到广泛的应用。

随着生产过程自动化程度的日益增加，由电动机故障引发的停工停产事故造成的损失越来越大，为避免重大事故的产生，迫切需要对电动机进行可靠的实时的监测与诊断。

监测的途径可分为采用机械量(主要为振动量)的机械监测和选用电气量的电气监测，后者因可以做成非侵入式而得到最为广泛的应用。

电气监测又包括采集单个电流量的传统型电流监测法和同时采集多相电流、电压信号而构成的综合电气量监测方法，如瞬时功率法、Hilbert模量法、Park’s矢量法等［1］。

电动机的早期转子故障主要包括转子断条和端环断裂，以及气隙偏心等。

当转子出现断条、端环断裂等故障时，会在定子电流中产生频率为fbr=(1±2ks)f1的故障特征成分，其中f1为供电电源的基波频率;k=1，2，3，…。

风力发电系统建模与仿真摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。

本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基础；（2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型；（3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础；（4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。

关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真1 风资源及风力发电的基本原理1.1 风资源概述（1）风能的基本情况[1]风的形成乃是空气流动的结果。

风向和风速是两个描述风的重要参数。

风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。

风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。

风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。

一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。

风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。

通过它可以得知当地的主导风向。

风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。

（2）风能资源的估算风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下：3ω= (1-1)5.0vρ式中,ω——风能密度(2W)，是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量；/mρ——空气密度(3kg)；/mv ——风速(s m /)。

由于风速是一个随机性很大的量，必须通过一段时间的观测来了解它的平均状况，一个地方风能潜力的多少要视该地常年平均风能密度的大小。

因此需要求出在一段时间内的平均风能密度，这个值可以将风能密度公式对时间积分后平均来求得。

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。

鼠笼式异步风力发电机组短路特性仿真研究吕景顺，孙亚明，何世恩（国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州，730050）[摘要] 由于风电机组不同于常规同步发电机，其发生故障时的暂态特性与同步电机有很大不同。

本文以酒泉风电基地为背景，分析了其机型之一的鼠笼式异步风力发电机组的特点；建立了该机组的并网模型，并进行了机组出口、风电场内集电线路、风电场并网线路故障的仿真，分别得出其短路特性，最后提出了进一步研究问题。

[关键词] 风电基地；鼠笼式异步风电机组；短路特性[中图分类号] TM315 [文献标识码] B [文章编号] 1000-3983(2014)07-0136-06The Simulation Research of Short-circuit Characteristics of SCIGsLV Jingshun，SUN Yaming，HE Shien(State Grid Gansu Electric Power Research Institute, Lanzhou 730050, China) Abstract：The wind generator is different from the conventional synchronous generator, and its fault transient characteristics are different from that of the conventional synchronous generator. In this paper, the Jiuquan Wind Power Base as the background, the characteristics the SCIGs (Squirrel Cage Induction Generators), which is the one of the wind power generator types in Jiuquan Wind Power Base, are analyzed; The model of SCIG integrated into grid is built, and simulations of short circuit faults occurred at the generator output, collective line and connection line are carried out and the short circuit characteristics of SCIG are presented, finally the subjects to further research are put forward.Key words：wind power base；SCIG；short circuit characteristics1 前言2013年全球新增风电装机4471万千瓦，相比2012年4056万千瓦的新增装机容量增加9.28%，截止2013年底，全球风电累计并网装机容量达到2.82亿千瓦[1]。

（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。

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。