發(fā)布時間：2019-09-28 13:27

【摘要】：傳統(tǒng)模擬同步電機組主要采用原動機拖動同步發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電來實現(xiàn),該方法雖能更有效地模擬電網(wǎng)中同步電機組的電磁耦合特性,但存在控制系統(tǒng)復雜、系統(tǒng)靈活性差、實現(xiàn)成本高等不足。為此,基于虛擬同步發(fā)電機控制原理提出了一種模擬同步發(fā)電機組設(shè)計方法。該方法利用濾波電抗等效代替同步發(fā)電機組電樞電阻及同步電抗,通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)對同步發(fā)電機組慣性特性、頻率響應(yīng)特性及調(diào)壓特性的有效模擬。該方法簡化了模擬風電并網(wǎng)實驗系統(tǒng)的設(shè)計,具有較強的靈活性和可行性。設(shè)計了一套容量為20 k VA的模擬同步發(fā)電機組,并基于已有的模擬風電機組實驗平臺構(gòu)建了一套模擬風電并網(wǎng)實驗系統(tǒng)。在負荷功率擾動條件下,利用Matlab/Simulink仿真結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比,驗證了所提模擬同步發(fā)電機組設(shè)計方法的有效性及在風電機組頻率響應(yīng)控制研究中應(yīng)用的可行性。
【圖文】：

786侍喬明等：基于虛擬同步發(fā)電機原理的模擬同步發(fā)電機設(shè)計方法Vol.39No.3pRPID0S12Hs+DmΔPG(s)ΔYG11+sTmPm0PeP圖5調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.5StructureofspeedgoverningsystemPm0為原動機的穩(wěn)態(tài)輸出功率。調(diào)速器可由比例積分微分(proportionintegrationdifferentiation，PID)控制器及一次調(diào)頻下降率反饋組成，RP為機組的調(diào)差系數(shù)。調(diào)速器中，當S0斷開時，調(diào)速器為同步調(diào)速器，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)頻率的無差調(diào)節(jié)；S0閉合時，調(diào)速器實現(xiàn)有差調(diào)節(jié)，系統(tǒng)頻率的穩(wěn)態(tài)偏差大小由調(diào)差率Rp決定。調(diào)速器系統(tǒng)中，渦輪機包含再熱式汽輪機、非再熱式汽輪機和水輪機3種，其數(shù)學模型[10]分別為mHPRHRH1()1PsFTGsYsTΔ+==Δ+(3)mCH1()1PGsYsTΔ==Δ+(4)mWW1()10.5PsTGsYsTΔ==Δ+(5)式中：TRH及FHP分別為再熱器的時間常數(shù)及高壓級的功率標幺值；TCH為非再熱式汽輪機的慣性時間常數(shù)；TW為等值“水錘效應(yīng)”時間常數(shù)。TRH、FHP、TCH及TW的典型參數(shù)分別為7.0s、0.3、0.3s和1.5s。模擬同步發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)中，為較好地模擬電網(wǎng)中發(fā)電機的調(diào)速特性，不僅需要考慮調(diào)速器的特性，同時還需要考慮伺服電機及原動機的響應(yīng)特性�；谀孀兤鬟M行同步發(fā)電機模擬設(shè)計時，一種簡單的方法是將圖5中調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型直接引入控制系統(tǒng)中來實現(xiàn)對調(diào)速器、伺服電機及原動機響應(yīng)特性的模擬。但在實際數(shù)字控制系統(tǒng)中，微分器容易引起“噪聲”放大，而積分器則能有效避免該問題，，因此需要將含微分算子的數(shù)學模型進行一定變換處理。以汽輪渦輪機數(shù)學模型式(3)為例，采用積分器時，輸入量ΔY與輸出量ΔPm

786侍喬明等：基于虛擬同步發(fā)電機原理的模擬同步發(fā)電機設(shè)計方法Vol.39No.3pRPID0S12Hs+DmΔPG(s)ΔYG11+sTmPm0PeP圖5調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.5StructureofspeedgoverningsystemPm0為原動機的穩(wěn)態(tài)輸出功率。調(diào)速器可由比例積分微分(proportionintegrationdifferentiation，PID)控制器及一次調(diào)頻下降率反饋組成，RP為機組的調(diào)差系數(shù)。調(diào)速器中，當S0斷開時，調(diào)速器為同步調(diào)速器，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)頻率的無差調(diào)節(jié)；S0閉合時，調(diào)速器實現(xiàn)有差調(diào)節(jié)，系統(tǒng)頻率的穩(wěn)態(tài)偏差大小由調(diào)差率Rp決定。調(diào)速器系統(tǒng)中，渦輪機包含再熱式汽輪機、非再熱式汽輪機和水輪機3種，其數(shù)學模型[10]分別為mHPRHRH1()1PsFTGsYsTΔ+==Δ+(3)mCH1()1PGsYsTΔ==Δ+(4)mWW1()10.5PsTGsYsTΔ==Δ+(5)式中：TRH及FHP分別為再熱器的時間常數(shù)及高壓級的功率標幺值；TCH為非再熱式汽輪機的慣性時間常數(shù)；TW為等值“水錘效應(yīng)”時間常數(shù)。TRH、FHP、TCH及TW的典型參數(shù)分別為7.0s、0.3、0.3s和1.5s。模擬同步發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)中，為較好地模擬電網(wǎng)中發(fā)電機的調(diào)速特性，不僅需要考慮調(diào)速器的特性，同時還需要考慮伺服電機及原動機的響應(yīng)特性�；谀孀兤鬟M行同步發(fā)電機模擬設(shè)計時，一種簡單的方法是將圖5中調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型直接引入控制系統(tǒng)中來實現(xiàn)對調(diào)速器、伺服電機及原動機響應(yīng)特性的模擬。但在實際數(shù)字控制系統(tǒng)中，微分器容易引起“噪聲”放大，而積分器則能有效避免該問題，因此需要將含微分算子的數(shù)學模型進行一定變換處理。以汽輪渦輪機數(shù)學模型式(3)為例，采用積分器時，輸入量ΔY與輸出量ΔPm
【作者單位】： 西安交通大學電氣工程學院;艦船綜合電力技術(shù)國防科技重點實驗室(海軍工程大學);
【基金】：國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目(973項目)(2012CB215103) 國家自然科學基金項目(51377167) 教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃項目(NCET-11-0871)~~
【分類號】：TM31

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【二級參考文獻】

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本文編號：2543345