主要内容

风力涡轮机

这个示例使用:

开放模式

这个例子展示了如何建模、参数化和测试风力涡轮机与监督、俯仰角、MPPT(最大功率点跟踪)和降额控制。当您运行plot函数时，它会生成状态转换、归一化物理量(如风速、风力涡轮机转速、发电机功率和俯仰角)的图形。

模型

下图显示了风力涡轮机的模型。机械和电气领域都需要各自的求解器配置块。

监控子系统

该子系统演示了如何对风力机状态机进行建模。涡轮机状态机定义了四种风力涡轮机状态。

公园制动模式:这是风力机运行的进入模式。当风机转子转速低于安全运行允许的极限时，风机从俯仰制动模式进入驻车制动模式。在此模式下，发电机处于跳闸状态，液压驻车制动启动，风机转子叶片倾斜到制动角度进行气动制动。液压制动是风力机制动的第二种方法。

启动模式:当风速在安全运行允许范围内时，风机由驻车制动模式进入开机模式。当风速和涡轮转速在允许范围内时，风力机从俯仰制动模式进入此模式。在此模式下，发电机处于跳闸状态，液压驻车制动释放，风机转子叶片倾斜到最小角度，以实现最大涡轮转子加速度。

生成模式:当风力机转子转速超过机切转速时，风力机由开机状态进入发电状态。在此模式下，发电机与变压器连接，液压驻车制动释放，风机转子叶片倾斜，根据运行条件实现最优发电。

球场制动模式:当风速和风机转速不在允许范围内时，风机从发电模式进入俯仰制动模式。当风速不在允许范围内时，风力机从启动状态进入俯仰制动状态。在此模式下，发电机与变压器连接以消耗动叶中可用的动能，液压驻车制动释放，风机动叶倾斜到制动角度进行气动制动。气动制动是风力机制动的主要方法。

音调控制器子系统

该子系统演示了如何对风力机的俯仰角控制器进行建模。

驻车制动和俯仰制动模式:俯仰角设置为95度，在这些模式下进行气动制动。

启动模式:俯仰角设置为1度，以达到该模式下的最大加速度。

生成模式:根据运行条件，设置俯仰角以获得最佳发电量。

1.俯仰角保持在最低设置1度至额定风速。该控制与风力发电机的MPPT功率控制同步。

2.当风速大于额定风速时，螺距角发生变化，与风力机降额功率控制同步。

电源控制器子系统

该子系统演示了如何建模电力需求和发电机输入速度参考，通过发电机对风力涡轮机的最佳扭矩负载。

MPPT控制:此模式在额定风速前有效。功率需求和发电机参考转速按风力机特性功率性能曲线计算。

降额控制:该模式在额定风速以上有效。功率需求和发电机参考转速在风力发电机额定的基础上保持恒定。

功率需求:该功能根据风力发电机的运行方式限制电力需求。

限速器功能参考速度:该函数根据风力涡轮机的运行模式限制转速参考。

风力发电机子系统

该子系统演示了如何对风力机进行建模。

转子中心:水平轴风力涡轮机的转子是建模使用Simscape™Driveline™风力涡轮机块。在这一块,机械功率从风中提取，P，计算为

$$P = 1/2* rho * Ar * vWind^3 * cp(pitch,lambda)$$

在那里,

  1. ρ是空气密度

  2. 基于“增大化现实”技术旋翼叶片扫过的区域吗

  3. vWind是风速

  4. cp是幂系数作为和节距的函数。

  5. λ为动叶叶尖速比与风速的比值，又称叶尖速比(TSR)。

  6. 球场是动叶距角吗

飞机的引擎机舱:这个子系统演示了如何建模风力涡轮机的机舱组件。

刹车:这个子系统演示了如何在机舱内建模刹车。液压制动是风力机的一种二次制动方法。当风力机转速低于驻车制动速度时，当风力机处于驻车制动模式下或在风力机维护运行期间，制动器啮合。如果它们应用在驻车制动速度之上，刹车可能会烧坏或机舱会因为产生过多的摩擦热而起火。

齿轮传动链:该子系统演示了如何在机舱内建模齿轮系。周转轮系表示有功率损耗的轮系系统。在风力发电机运行中，轮系造成了较大的功率损耗。

集中发电机:该子系统演示了如何在机舱内建模发电机。这是一个简化的发电机模型，以提高仿真速度。

与传统双馈感应发电机(DFIG)系统相比，风力发电机具有更大的时间常数和更慢的响应速度。要模拟风力涡轮机控制，必须运行更长时间的模拟。

闭环DFIG系统的速度比风力发电机控制系统如螺距控制快。因此，低保真集总DFIG发生器系统对于提高仿真速度和提供灵活性是切实可行的。集总发电机系统与风力发电机系统集成，模拟控制算法的不同方面。

集总发电机模型使用锁相环(PLL)跟踪公共耦合点(PCC)的电网电压和相位角。为了提高仿真速度，采用电网电压过零检测的方法对快速锁相环进行建模。集总发电机利用锁相环得到的电网电压和相位，利用发电机集总漏电感和漏电阻实现潮流方程。集总发电机模型以实功率P、无功功率Q、发电机轴转速为输入。

在风力机系统中，集总发电机模型从风力机功率控制系统中获取功率基准和近似速度基准输入。根据参考输入，发电机将负载转矩施加到风力发电机轴上，并向电网供电。

$$ $ I^*_g= P+ jq $$

$ $ ^ * _{通用}= \压裂{2 (P + J)} {3 V_{通用}}$ $

$$V_g=V_{gm} \angle {0} ^o$$

$ $ V_ {ig} = V_{通用}+ jX_L I_{通用}+ R I_{通用}= V_ {igm} \ \角φ$ $

$$V_{iga} (t)=V_{igm} sin(\ t+\phi)$$

游戏内$ $ V_ {} (t) = V_ {igm}罪(\ \φ- 120 ^ωt + o) $ $

$ $ V_ {igc} (t) = V_ {igm}罪(\ \φ- 240 ^ωt + o) $ $

在那里,

  1. V_g美元美元电网均方根相电压在PCC

  2. I_g美元美元电网均方根相电流在PCC处

  3. $ $ V_{通用}$ $电网峰值相电压在PCC处吗

  4. $ $ I_{通用}$ $电网峰值相电流在PCC处吗

  5. $ $ V_ {igm} $ $发电机峰值感应相电压

  6. $ $ V_ {ig} $ $发电机是否感应相电压

  7. X_L美元美元为感应发电机总漏抗(wrt对定子)

  8. $ $ $ $为感应发电机集总电阻(wrt对定子)

  9. $ $ \ωt $ $瞬时电网电压角

在这里,$ $ V_{通用}$ $而且$ $ \ωt $ $从锁相环中获得。

集总发电机系统模型块只适用于定频、全正弦、平衡三相并网系统。该模型不适用于故障穿越和电网频率变化等暂态电刺激仿真。

电网变压器分系统

该子系统演示了如何对电网和变压器进行建模。为了提高仿真速度，增加了寄生电导。

范围模拟结果

此图显示了监控状态、涡轮叶片间距角、发电机功率和风速。

Simscape测井模拟结果

该模型生成状态转换图，即归一化的物理量，如风速、风力发电机转速、发电机功率和俯仰角。

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