风力柴油联合独立发电系统的仿真方法技术方案

一种风力柴油联合独立发电系统的仿真方法，包括首先建立由风机、柴油机、发电机、控制器、负荷等组成的风力柴油联合独立发电系统的数学仿真模型，再对该系统进行技术可行性和对风力柴油联合独立发电系统进优化设计，最后得出仿真系统的各项可靠性能指标，其仿真方法包括如下步骤：1.确定系统组成，2.建立系统模型，3.进行系统仿真；该方法可以对独立电网准确稳定供电，提高整个发电系统的效率；系统运行时电网电压的幅度保持稳定，频率变化不大，具有良好的幅度、频率稳定性；异步电机转速稍微高于同步转速，可获得很好的风能电能转换效率；仿真结果表明，本系统实现了风能的最大捕获，电网电压的幅度和频率保持稳定，整个电网的功率一直保持平衡状态，具有良好的稳定性、适应性、可靠性和动态响应性能，对实际的设计和优化有可靠的参考价值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，包括首先建立由风机、柴油机、发电机、控制器、负荷等组成的风力柴油联合独立发电系统的数学仿真模型，再对该系统进行技术可行性和对风力柴油联合独立发电系统进优化设计，最后得出仿真系统的各项可靠性能指标，其仿真方法包括如下步骤：1.确定系统组成，2.建立系统模型，3.进行系统仿真；该方法可以对独立电网准确稳定供电，提高整个发电系统的效率；系统运行时电网电压的幅度保持稳定，频率变化不大，具有良好的幅度、频率稳定性；异步电机转速稍微高于同步转速，可获得很好的风能电能转换效率；仿真结果表明，本系统实现了风能的最大捕获，电网电压的幅度和频率保持稳定，整个电网的功率一直保持平衡状态，具有良好的稳定性、适应性、可靠性和动态响应性能，对实际的设计和优化有可靠的参考价值。【专利说明】
本专利技术涉及一种，属于能源
。
技术介绍
环境和能源是当今全人类面临的两大亟需解决的问题，开发绿色能源、实行可持续发展战略是世界各国解决能源问题、优化能源结构的正确选择。风能是一种普遍的绿色能源，储量巨大，世界各国对此都比较重视。经过多年的努力，世界风力发电技术越来越成熟，风力发电机组装机容量越来越大，从定桨距控制到变桨距控制，从恒速恒频到变速恒频，从陆地到海上，风力发电正以前所未有的速度发展。变速恒频风力发电系统由于具有许多恒速恒频风力发电系统无法比拟的优点，正逐步成为当今风力发电技术研究的热点。对于变速恒频系统，国内外研究较多的有绕线式交流励磁双馈风力发电系统和无刷双馈风力发电系统，研究成果也很多； 目前，在大电网难以达到的边远或孤立地区，通常的办法是采用柴油发电机组来提供必要的生活和生产用电。由于柴油价格高，加之运输方面的困难，造成发电成本相当高，并且由于交通不便和燃料供应的紧张，往往不能保证电力的可靠供应。而这些边远地区特别是海岛大部分有较丰富的风能资源，随着风电技术的日趋成熟，其电能的生产成本已经低于柴油发电的成本。因此，如何采用风力发电机组和柴油发电机组联合运行，为电网达不到的地区提供稳定可靠的、符合电能质量(电压、频率等)标准的电力，最大限度地节约柴油并减少对环境的污染，是世界各国在风能利用与开发研究中颇受瞩目的方向之一，特别是对发展中国家，由于电网尚不够普及，更具有广阔的应用前景。
技术实现思路
为克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提供一种，用以实现风力发电机组和柴油发电机组联合运行，为电网达不到的地区提供稳定可靠的、符合电能质量标准的电力，最大限度地节约柴油并减少对环境的污染。为实现专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是:为优化风力柴油联合独立发电系统设计和改善控制系统，本专利技术所述包括:首先建立由风机、柴油机、发电机、控制器、负荷等组成的风力柴油联合独立发电系统的数学仿真模型，再对该系统进行技术可行性和对风力柴油联合独立发电系统进优化设计，最后得出仿真系统的各项可靠性能指标，其特征是:其仿真方法包括如下步骤:1.确定系统组成，2.建立系统模型，3.进行系统仿真； 其中1:所述确定系统组成，该风力柴油联合独立发电系统设计为由柴油机、同步电机、柴油机控制器、励磁控制器、风机、异步电机、变桨距控制系统、无功补偿器、主要负荷、次要负荷、控制负荷和频率控制器组成； 其中2:所述建立系统模型，是根据风力柴油联合独立发电系统的原理图，在MATLAB软件中应用SMULINK建立系统模型，分别建立柴油机、同步电机、柴油机控制器、励磁控制器、风机、异步电机、变桨距控制系统、无功补偿器、主要负荷、次要负荷、控制负荷和频率控制器的模型；以下对柴油机、风机、变桨距控制系统、频率控制器、异步电机、同步电机模型进行介绍: A.柴油机的传递函数的模型为附图公式1: 式中，K——增益；1\、T2、T3——时间常数；TD——延迟时间； B.风机的机械功率的模型为附图公式2: 式中，Pw—风机实际获得的机械输出功率；PV—风机的输入功率;cp—风机的风能利用系数；β—桨距角；λ—叶尖速比；P—空气密度；s—风轮的扫风面积；V-风速； 叶尖速比λ可表示为附图公式3: 式中，η—风轮的转速；ω—风轮角频率；R—风轮半径；v—作用于风机的迎面风速； 对于给定的叶尖速比λ和桨距角β，计算风能利用系数的公式为附图公式4: 由公式4可根据不同的β、λ计算得到对应的Cp ； C.变桨距控制系统的模型: 变桨距控制系统通过控 制风机桨叶角度改变桨叶相对于风速的攻角，从而改变风机从风中捕获的风能；变桨距控制在不同情况下采用不同的策略； 1)当风速低于额定风速时，变桨距角控制用于风电机组功率的寻优，目的是在给定风速下使风电机组发出尽可能多的电能，对于变速风电机组，其功率寻优可以通过风电机组的变速来实现，因此当风速低于额定风速时，桨距角β通常保持在0°附近，当β为0°时，Cp最大； 2)当风速超过额定风速时，变桨距装置动作，桨距角增大，将风机的机械功率限制在额定功率附近，同时能够保护风电机组机械结构不会过载以及避免风电机组机械损坏的危险； D.频率控制器的模型: 通过频率控制器的控制，将控制负荷接入电网，使控制负荷在0-446.25kff内发生变化，而且以1.75kff进行步进，从而提高系统的频率质量，频率控制器对电网电压频率进行测量，将测量值与参考频率进行比较，得到频率误差，并将该频率误差通过PID控制器计算出模拟控制信号，然后由编码器对其进行数字处理，用所得到的数字量控制每组负荷的开关，从而对控制负荷进行精确调节；频率控制器通过对控制负荷的调节，从而达到参与校正系统频率的目的； E.异步电机的模型: 建立在二相坐标系上的异步电机方程为: 电压方程为附图公式5; 电磁转矩为附图公式6; 机械方程为附图公7; F.同步电机的模型: 同步电机的数学模型建立在二相旋转扣坐标系上，模型反映了定子磁场和阻尼绕组的动态过程；电压方程附图公式8; 磁链方程附图公式9; 式中，变量下标d、q-为d轴和q轴分量；r、s-为转子或定子参数、m-为漏感或励磁电感;f k—为磁场或阻尼绕组； 其中3:进行系统仿真: 根据上述原理和模型，建立系统的各个子模块，通过MATLAB软件中的SMULINK对该系统进行仿真计算，各个子模块的主要参数为: 1)柴油机发电模块: 模块中柴油机与同步电机的主要参数为:额定容量为300kVA，额定线电压为480V，极对数为2，额定功率因数为0.8，定子电阻为0.017pu, d轴同步电抗为3.23pu d轴暂态电抗为0.21pu，d轴次暂态电抗为0.15pu，《I轴同步电抗为2.79pu，轴暂态电抗为1.03pu,錢轴次暂态电抗为0.37pu，漏抗为0.09pu，d轴励磁绕组定子开路时间常数为1.7s, d轴阻尼D绕组定子开路时间常数为0.008s,电机转子1?轴阻尼S绕组定子开路时间常数为0.213s，q轴阻尼Q绕组定子开路时间常数为0.004s，转子和负载的惯性常数为2s ;模块中励磁控制器的主要参数为:低通滤波器时间常数为0.02s，主控制器增益为300，主控制器时间常数为0.0Ols,阻尼滤波器增益为0.001，阻尼滤波器时间常数为0.1s ； 2)风力发电模块: 模块中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力柴油联合独立发电系统的仿真方法，包括首先建立由风机、柴油机、发电机、控制器、负荷等组成的风力柴油联合独立发电系统的数学仿真模型，再对该系统进行技术可行性和对风力柴油联合独立发电系统进优化设计，最后得出仿真系统的各项可靠性能指标，其特征是：其仿真方法包括如下步骤：1.确定系统组成，2.建立系统模型，3.进行系统仿真；其中1：所述确定系统组成，该风力柴油联合独立发电系统设计为由柴油机、同步电机、柴油机控制器、励磁控制器、风机、异步电机、变桨距控制系统、无功补偿器、主要负荷、次要负荷、控制负荷和频率控制器组成；其中2：所述建立系统模型，是根据风力柴油联合独立发电系统的原理图，在MATLAB软件中应用SIMULINK建立系统模型，分别建立柴油机、同步电机、柴油机控制器、励磁控制器、风机、异步电机、变桨距控制系统、无功补偿器、主要负荷、次要负荷、控制负荷和频率控制器的模型；以下对柴油机、风机、变桨距控制系统、频率控制器、异步电机、同步电机模型进行介绍：A.柴油机的传递函数的模型为附图公式1：式中，K——增益；T1、T2、T3——时间常数；TD——延迟时间；B．风机的机械功率的模型为附图公式2：式中，Pw——风机实际获得的机械输出功率；Pv——风机的输入功率；Cp——风机的风能利用系数；β——桨距角；λ——叶尖速比；ρ——空气密度；S——风轮的扫风面积；v——风速；叶尖速比λ可表示为附图公式3：?式中，n——风轮的转速；ω——风轮角频率；R——风轮半径；v——作用于风机的迎面风速；对于给定的叶尖速比λ和桨距角β，计算风能利用系数的公式为附图公式4：由公式4可根据不同的β、λ计算得到对应的Cp；C.变桨距控制系统的模型:变桨距控制系统通过控制风机桨叶角度改变桨叶相对于风速的攻角，从而改变风机从风中捕获的风能；变桨距控制在不同情况下采用不同的策略；?1)?当风速低于额定风速时，变桨距角控制用于风电机组功率的寻优，目的是在给定风速下使风电机组发出尽可能多的电能，对于变速风电机组，其功率寻优可以通过风电机组的变速来实现，因此当风速低于额定风速时，桨距角β通常保持在0°附近，当β为0°时，Cp最大；?2)?当风速超过额定风速时，变桨距装置动作，桨距角增大，将风机的机械功率限制在额定功率附近，同时能够保护风电机组机械结构不会过载以及避免风电机组机械损坏的危险；D.频率控制器的模型:通过频率控制器的控制，将控制负荷接入电网，使控制负荷在0~446.25kW内发生变化，而且以1.75kW进行步进，从而提高系统的频率质量，频率控制器对电网电压频率进行测量，将测量值与参考频率进行比较，得到频率误差，并将该频率误差通过PID控制器计算出模拟控制信号，然后由编码器对其进行数字处理，用所得到的数字量控制每组负荷的开关，从而对控制负荷进行精确调节；频率控制器通过对控制负荷的调节，从而达到参与校正系统频率的目的;E.异步电机的模型:建立在二相坐标系上的异步电机方程为：电压方程为附图公式5；?电磁转矩为附图公式6；机械方程为附图公7；F.同步电机的模型:同步电机的数学模型建立在二相旋转坐标系上，模型反映了定子磁场和阻尼绕组的动态过程；电压方程附图公式8；磁链方程附图公式9；式中，变量下标、——为轴和轴分量；、——为转子或定子参数；、——为漏感或励磁电感；、——为磁场或阻尼绕组；其中3：进行系统仿真：根据上述原理和模型，建立系统的各个子模块，通过MATLAB软件中的SIMULINK对该系统进行仿真计算，各个子模块的主要参数为：1)?柴油机发电模块：模块中柴油机与同步电机的主要参数为：额定容量为300kVA，额定线电压为480V，极对数为2，额定功率因数为0.8，定子电阻为0.017pu，轴同步电抗为3.23pu，轴暂态电抗为0.21pu，轴次暂态电抗为0.15pu，轴同步电抗为2.79pu，轴暂态电抗为1.03pu，轴次暂态电抗为0.37pu，漏抗为0.09pu，轴励磁绕组定子开路时间常数为1.7s，轴阻尼绕组定子开路时间常数为0.008s，电机转子轴阻尼绕组定子开路时间常数为0.213s，轴阻尼绕组定子开路时间常数为0.004s，转子和负载的惯性常数为2s；模块中励磁控制器的主要参数为：低通滤波器时间常数为0.02s，主控制器增益为300，主控制器时间常数为0.001s，阻尼滤波器增益为0.001，阻尼滤波器时间常数为0.1s；2)?风力发电模块：模块中风机与异步电机的主要参数为：额定风速为12m/s，额定容量为275kVA，额定线电压为480V，极对数为2，额定功...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜云峰，
申请(专利权)人：湖南文理学院，
类型：发明
国别省市：