风电场电力系统的建模与仿真分析

新能源电力系统的建模与仿真随着全球环保意识的增强，新能源电力系统逐渐成为未来的主流。

为了更好地研究和探索新能源电力系统，建立一个可靠、高效、精确的建模和仿真模型是必不可少的。

本文将围绕新能源电力系统建模与仿真的相关内容进行探讨，并提出一些可行的建模与仿真方法，以期为研究人员提供一些参考意见。

一、新能源电力系统的基本组成新能源电力系统主要由电力场、电力负载和能量储存系统三部分组成。

其中，电力场包括太阳能电池板、风力发电机、地热能发电机等，电力负载包括家庭、企业和大型工厂，而能量储存系统则包括电池组、超级电容器和氢燃料电池等。

由于新能源电力系统的电力负载和能量储存模式与传统能源电力系统存在巨大差异，因此其建模和仿真的模式也需要相应地进行调整和改进。

二、新能源电力系统建模的基本原则（一）系统架构模型设计原则由于新能源电力系统具有相对独立的能量生产和负载管理系统，因此其系统架构模型应该按照这一特点进行构建。

通过考虑电力场、负载和能量储存等要素，建立一个相对完整、全面的系统架构，以便于理解和研究新能源电力系统的工作机制。

（二）电力场建模原则对于太阳能电池板、风力发电机、地热能发电机等电力场，需要考虑其特性曲线、变化规律等相关参数，以便能够更准确地计算其产生的能量。

（三）电力负载模型设计原则电力负载模型的设计应该考虑电力负载的类型、用电量和电力负载的变化规律等因素。

此外，还需要考虑电力负载的优化调度，实现对能源的有效利用和管理。

（四）能量储存模型建立原则能量储存模型的建立应该考虑电池组、超级电容器和氢燃料电池等能量储存系统的参数和特性曲线。

此外，还需要考虑储能系统的容量、充放电效率以及损耗等因素。

三、新能源电力系统仿真的基本步骤新能源电力系统的仿真模型应该包括系统架构模型、电力场模型、电力负载模型和能量储存模型等模型。

其仿真步骤如下：（一）系统初始化：定义新能源电力系统的基本参数，包括电力场、电力负载和能量储存系统等参数。

电网电力行业的电力系统建模与仿真电力系统是指由发电机组、变电站、输电线路和配电网等组成的能源供应网络。

为了保证电力系统的正常运行，需要进行系统建模与仿真，以进行系统分析、优化调度和故障检测等工作。

本文将介绍电网电力行业中的电力系统建模与仿真的相关内容。

1. 电力系统建模：电力系统建模是指将电力系统抽象为数学模型，以描述系统的结构、参数和运行特性。

电力系统建模可以分为以下几个方面：（1）发电机组建模：将发电机组抽象为数学模型，描述其发电能力、燃料消耗和响应速度等特性。

（2）变电站建模：将变电站抽象为数学模型，描述变压器、电容器、电容器等设备的参数和运行状态。

（3）输电线路建模：将输电线路抽象为数学模型，描述线路的电阻、电抗和电容等参数，以及电流、电压的传输特性等。

（4）配电网建模：将配电网抽象为数学模型，描述各个节点之间的连接关系、电流分配和功率损耗等。

2. 电力系统仿真：电力系统仿真是指利用电力系统的数学模型，通过计算机模拟系统状态的变化和运行特性，以便进行系统分析、优化调度和故障检测等工作。

电力系统仿真可以分为以下几个方面：（1）稳态仿真：通过计算系统的节点电压、线路功率和电流等参数，以模拟系统的稳态运行状态。

稳态仿真可以用于系统的功率分配、损耗计算和负荷预测等工作。

（2）暂态仿真：通过计算系统的节点瞬时电压、电流和功率等参数，以模拟系统的暂态运行过程。

暂态仿真可以用于系统的故障分析、电力质量评估和设备保护等工作。

（3）电磁暂态仿真：通过计算系统的电磁场分布、电磁参数和耦合效应等，以模拟系统的电磁暂态行为。

电磁暂态仿真可以用于系统的雷击分析、电磁干扰评估和设备抗扰性设计等工作。

（4）动态仿真：通过计算系统的节点动态响应、发电机动作和功率变化等，以模拟系统的动态运行过程。

动态仿真可以用于系统的频率响应、电压稳定和系统稳定性评估等工作。

3. 电力系统建模与仿真工具：电力系统建模与仿真工具是指利用计算机软件实现电力系统建模与仿真的工具。

电力系统稳定性建模与仿真方法电力系统是现代社会的重要基础设施之一，其稳定性对于保障电力供应的可靠性至关重要。

电力系统稳定性建模与仿真方法是研究电力系统稳定性问题的重要手段，可以帮助电力系统运营者评估系统的稳定性，并采取合理的措施来保障系统的安全运行。

电力系统的稳定性是指系统在面对各种内外部扰动时，能够在一定时间范围内恢复到稳定运行状态的能力。

要理解电力系统的稳定性问题，首先需要对电力系统进行建模。

电力系统建模可以分为静态建模和动态建模两个层面。

静态建模是以电力系统的拓扑结构和参数为基础，将电力系统抽象为网络模型。

常用的静态建模方法包括节点法和支路法。

节点法以节点电压和分布线路有功和无功功率为变量，通过节点电流平衡和功率平衡等方程来描述节点之间的关系；支路法则将电力系统抽象为以支路电流和节点电压为变量的稳态功率流模型，通过支路电流和节点电压之间的关系来描述电力系统的行为。

动态建模是在静态建模的基础上考虑电力系统的动态特性，研究系统在瞬态过程中的稳定性。

动态建模需要考虑电力系统中各种元件的动态特性和特定的运行模式。

常用的动态建模方法有机械动力学模型、电磁模型和控制模型等。

机械动力学模型主要用于描述发电机的动态特性，包括转子振荡和转速变化等；电磁模型用于描述电力系统中的电磁环节，如变压器、线路和负荷等的动态特性；控制模型则用于描述系统中的控制环节，如稳压器和自动调整装置等。

建立电力系统的稳定性模型后，可以进行各种稳定性分析和仿真。

电力系统稳定性分析可以分为静态稳定性分析和动态稳定性分析两个方面。

静态稳定性分析主要关注系统是否能够在负载变化等小幅扰动下保持稳定；动态稳定性分析则关注系统在大幅扰动或故障情况下的稳定性。

稳定性仿真则是利用建立的稳定性模型进行系统的时间域仿真和频域仿真，来评估系统的稳定性。

电力系统稳定性建模与仿真方法在电力系统规划、运行和控制中具有重要的应用价值。

通过建立合理的稳定性模型，可以帮助电力系统运营者分析系统的稳定性问题，并提出有效的控制策略。

电网电力行业的电力系统建模与仿真在电网电力行业中，电力系统建模与仿真是一项关键的技术。

它通过对电力系统的各个组成部分进行建模，并通过仿真分析来评估系统的性能、稳定性以及应对各种异常情况的能力。

本文将探讨电力系统建模与仿真的重要性、常用的建模方法以及仿真工具的应用。

一、电力系统建模的重要性电力系统建模是对电力系统运行进行全面描述和分析的过程。

它可以帮助我们理解系统的运行机理、分析系统的稳定性、优化电力系统的运行以及制定应对电力故障的方案。

通过建模，我们可以更好地了解电力网络中的各个组成部分之间的相互作用，预测潜在问题，并制定相应的解决方案。

二、电力系统建模的常用方法1. 按功能划分的建模方法按功能划分的建模方法是将电力系统分为发电、输电、变电和配电等不同的功能区域进行建模。

每个功能区域内的组成部分以及它们之间的相互作用都可以进行建模和仿真。

这种方法可以帮助我们深入了解各个功能区域的特点和问题，并逐步解决它们。

2. 按电力设备划分的建模方法按电力设备划分的建模方法是以电力系统中的各种设备，如发电机、变压器、开关等为基本单元进行建模。

每个设备有其自身的特性和工作状态，在建模时需要考虑这些特性和状态的影响。

这种方法可以更加精确地描述电力系统中的各种设备，帮助我们更好地理解设备之间的相互关系。

3. 混合建模方法混合建模方法是将上述两种方法相结合，综合考虑功能划分和设备划分的建模思路。

通过混合建模，可以全面地描述电力系统的各个方面，同时兼顾不同层次的细节和整体性能。

这种方法具有较高的灵活性和适应性，能够满足不同场景下的建模需求。

三、电力系统仿真工具的应用电力系统仿真工具是进行电力系统建模和仿真分析的重要工具。

常用的仿真工具包括PSAT、PSS/E、PSCAD等。

这些工具提供了丰富的功能和建模库，可以模拟电力系统中各种设备的工作特性，并进行稳态和动态仿真分析。

通过仿真工具，我们可以对电力系统进行各种场景下的仿真和优化分析。

基于Matlab_Simulink的永磁直驱风⼒发电机组建模和仿真研究-2发电机参数：极对数42；d 轴电抗1.704mL ；q轴电抗1.216mL ；转⼦磁通4.7442Wb ；转动惯量11258J 。

PI 参数：⽹侧电流内环d 轴（1.5、1），q 轴（0.5、37）；⽹侧功率外环（0.0002、0.05）；直流侧电压（2、120）；机侧电流内环d 轴（-3、-24），q 轴（-3、-80）；机侧功率外环（-3、-60）。

本仿真中风速由6m/s 变化到9m/s ，最后变化到12m/s 。

在最⼤风能捕获控制情况下，随着风速的变化，转⼦转速不断调整，以保持最佳叶尖速⽐，从⽽达到最⼤风能利⽤，图8为风速、转⼦转速、机械和电磁转矩变化曲线。

机侧电压电流变化如图9所⽰，在最⼤风能捕获模式下，电压和电流频率随着风速的增⼤⽽增⼤，电压幅值从260V 变化到400V 、540V ，电流幅值变化为380A 、850A 、1500A 。

电⽹侧及直流侧电压电流变化如图10所⽰，电⽹电压保持恒定，电流幅值随着风速的增⼤⽽增⼤变化范围为：168A 、580A 、1290A 。

直流侧电压在风速突变时有⼀个充电过程，电压升⾼，最⾼达到1320V ，经过⼤约0.1s的暂态过程后恢复到额定值1200V 。

永磁直驱发电机输⼊电⽹有功及⽆功功率如图11所⽰，有功功率随着风速的升⾼⽽不断变化，最后维持在1.1MW ，⽆功功率基本保持为零，波动幅值为5kW 。

实际输出有功功率与参考功率的⽐较如图12所⽰，在风速突变后参考功率⼤于实际输出功率，经过⼤约0.1s 的暂态过程后基本吻合。

永磁直驱发电系统机侧及⽹侧电压电流的d 、q 轴分量的变化如图13、14所⽰。

机侧电压d 、q 轴分量随着风速变化⽽变化，机侧电流采⽤零d 轴控制策略，所以d 轴分量维持为零，q 轴分量反映功率的变化。

⽹侧电压保持恒定，因为⽆功参考值为零，所以图11输⼊电⽹有功及⽆功功率Fig.11Active and reactive power input togrid图12输⼊电⽹有功功率与参考功率图Fig.12Active power input to grid and it ’sreference第27卷第9期电⽹与清洁能源图10电⽹侧及直流侧电压电流变化Fig.10Variation of voltage and current of grid and DC side 图9机侧电压电流变化Fig.9Variation of generator-side voltage andcurrent图8风速、转⼦转速、转矩变化Fig.8Variation of wind speed,rotor speed andtorqueClean Energy97电流q 轴分量为零。

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。