Hydro-Québec模拟风力发电厂的性能
挑战
解决方案
结果
- 仿真速度提高到实时
- 准确预测设备需求
- 启用动态模拟
准确的建模不仅对投资计划至关重要，而且对检测可能导致停电的情况也至关重要。通过MathWorks工具，我们可以在一个环境中模拟电力电子、力学和控制系统，我们的模型的响应就像我们在现场使用的涡轮机一样。”
理查德·加格农，Hydro-Québec
Hydro-Québec致力于使用可再生能源，主要是水力发电和风能。在新的风力发电场上线之前，Hydro-Québec进行了大量的模拟，规划风力发电场并入电网，预测功率输出，确保整个电力系统安全可靠运行。
Hydro-Québec工程师使用Simulink®和Simscape电气™模拟和模拟单个风力涡轮机和整个风力发电场。他们使用Simulink Coder™来生成代码，并将其整合到Hypersim (Hydro-Québec的多处理器模拟环境)中。
“我们为控制系统、机器、电力电子和测量系统建模，”'Hydro-Québec研究所的研究员理查德·加格农(Richard Gagnon)说。“通过从这些模型生成C代码，我们可以将它们与Hypersim一起使用，研究将新的风力发电场集成到电力系统网络中。”
挑战
Hydro-Québec必须确定当新的风电场连接到电力系统时，将需要多少设备，如静态无功补偿器(SVCs)。“如果没有精确的模型，我们可能会安装价值数百万美元的不必要设备，或者没有满足可靠性和生产目标所需的设备，”Hydro-Québec TransÉnergie的技术创新经理丹尼斯•劳林(Denis Laurin)表示。
为了获得准确的仿真结果，Hydro-Québec不仅需要建模考虑机电现象的暂态稳定性，还需要建模电磁暂态(EMTs)。EMT模型使工程师能够了解电网电模式与风电场之间的动态相互作用。
Hydro-Québec需要对单个风电场的控制系统和功率输出进行建模，模拟单个风电场的70-100台涡轮机，验证风电场建模的聚合方法，然后模拟风电场与电力系统网络的相互作用。
解决方案
Hydro-Québec工程师使用MATLAB对单个涡轮机和整个风力发电场建模®、Simulink和Simscape electric;用Simulink Coder从模型生成代码;并在他们的多处理器环境中使用这些代码来评估风力发电场在整个电力系统中的表现。
工程师们在Simulink中使用发电机、转换器、电容器、谐波滤波器和其他来自Simscape electric的电力电子模块构建了风力涡轮机模型。他们还建立了发电机控制系统的Simulink模型。
为了研究稳定性，Hydro-Québec在Simulink中使用双质量系统模型模拟了涡轮的力学，该模型考虑了叶片的间距和扭转效应等细节。
Hydro-Québec的工程师们组装了一个由73个独立涡轮模型和连接它们的集热器网络组成的整个风电场的Simulink模型。
使用Simulink Coder，该团队从他们的Simulink和Simscape电气模型生成C代码，他们在Hydro-Québec的Hypersim仿真环境中运行32处理器超级计算机。
在产生的实时环境中，该团队在不同的操作条件、风速和故障场景下进行了数百次模拟。
仿真结果证实，在风电场与电力系统的共同耦合点上，两种组合风电场模型和整个风电场模型产生的电压和电流输出是相同的。
然后，工程师们进行了模拟，将风力发电场与电力系统集成在一起，以评估设备需求并评估法规符合性。他们使用西门子PSS®E软件验证暂态稳定性符合性和MathWorks工具建立鲁棒和准确的EMT模型。
Hydro-Québec正在使用模拟的结果来指导新的风力发电厂的规划，这将为其电力系统增加4000兆瓦的容量。
结果
仿真速度提高到实时．劳林说:“以前，对连接到大型电力系统的涡轮机进行几秒钟的直接模拟需要数小时。”“现在我们可以在几秒钟内完成整个风电场的复杂EMT模拟，我们获得了连接到同一大型电力系统的聚合风电场的实时模拟速度。”
准确预测设备需求．Laurin说:“使用我们的稳定性仿真工具和基于参考Simulink和Simscape电气模型的模型，我们能够模拟风力发电场集成到电力系统中，并更准确地确定所需的动态分流补偿量。”“当我们的模拟显示，我们只需要少一个SVC就可以可靠地运行时，它可以节省Hydro-Québec百万美元。”
启用动态模拟．“用传统的工具，我们无法研究串联电容和风力发电厂之间的相互作用，”加格农指出。“EMT综合风力发电场模型使我们能够进行大规模电力系统研究，如串联补偿和风力发电场之间的相互作用。”
Hydro-Québec是Simscape Electrical的作者。
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