PSASP风力发电机模型使用说明

PSASP6.2x风力发电机模型使用说明中国电力科学研究院综合程序室二〇〇八年六月电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明11模型类型及概况电力系统分析综合程序（PSASP6.2x）中的风力发电机模型现有两类——鼠笼异步风力发电机和双反馈直驱风力发电机通用模型，以后还将逐步扩充。前者用于模拟定速定桨矩风机，后者用于模拟变速变桨矩风机。鼠笼风机模型对应7型发电机模型，双馈直驱通用模型对应8型发电机模型。在“公用参数(P)”菜单最下方增加填写两类风力发电机公用参数的菜单命令，如图1-1所示。图1-1风力发电机公用参数菜单电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明22模型参数2.1鼠笼异步风力发电机参数鼠笼异步风力发电机参数页如图2-1所示。图2-1鼠笼异步风力发电机参数页面“基本参数”标签内容供用户填写，“风轮及轴系参数”和“风能转换参数”内容为以后功能扩展预留。各参数及含义如表2-1所示。电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明3表2-1鼠笼异步风力发电机参数列表参数名说明单位PG单台风力发电机额定有功MWR2转子电阻p.u.X2转子电抗p.u.T’dol定子开路转子电气时间常数sTj转子惯性时间常数s*ωg转子额定转速rpmX1定子电抗p.u.Th传动系统时间常数sVwind_i切入风速m/sVwind_r额定风速m/sVwind_o切出风速m/s*该参数为模型扩展预留，现不起作用。PG为风电场中单台风电机组的额定有功，单位MW。电气参数含义与异步电动机相类似。Th为风电机轴系及齿轮等传动系统力矩传递的时间常数，单位为秒。参数容量基值均为发电机容量。当前鼠笼异步风力发电机轴系为单质块模型，Tj为包含转子及风轮两部分的总惯性时间常数。2.2双馈、直驱通用风力发电机参数双馈、直驱通用风力发电机参数页如图2-2所示。电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明4图2-2双馈、直驱通用风力发电机参数页面各参数及含义如表2-2所示。电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明5表2-2双馈、直驱风力发电机参数列表参数名说明单位PG单台风力发电机额定有功MWωg转子额定转速rpmTj转子惯性时间常数sQmax无功上限p.u.Qmin无功下限p.u.RL线路电压降落补偿电阻p.u.XL线路电压降落补偿电抗p.u.控制方式风电机无功控制方式电压/功率因数R叶片半径mTj风轮惯性时间常数sωt风轮额定转速rpm*轴系模型传动系统模型单质块/双质块K轴系弹性系数p.u.转矩/radD轴系阻尼系统p.u.转矩/p.u.转速Vwind_i切入风速m/sVwind_r额定风速m/sVwind_o切出风速m/sVwind初始风速m/sρ空气密度kg/m3*该参数为模型扩展预留，现固定为双质块模型。风电机无功控制方式可选为电压控制方式或功率因数控制方式，前者以控制机端或机端外线路上一点电压恒定为控制目标，后者以保持风力发电机功率因数保持不变为控制目标。RL+jXL为电压控制时补偿一部分线路压降的线路阻抗，填0表示电压控制点为机端。初始风速可由用户给定，软件根据风电机实际出力和风速自动确定桨矩角。如初始风速填写不合理或不填写，则自动按最小桨矩角确定风速（推荐）。空气密度为风电场当地的空气密度，如无确切数据，可按1.225填写。电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明63模型使用3.1在基础数据中设置风电场在“发电机及其调节器数据”输入窗口增加风电场所在母线及其类型（PV、PQ或PV-PQ等），并在“功率和电压”页面填写与节点类型对应电压、功率等数据，在“发电机及其调节器”页，填写同步机模型号为“7”（鼠笼异步风力发电机）或“8”（双馈、直驱通用风力发电机），并填写相应参数组。调压器、调速器、PSS模型均保持“0”不变。额定容量和额定出力须按风电场额定容量及额定有功出力填写，不可填0。鼠笼异步风力发电机根据风力发电机特性，可设置为PQ节点，按风电机（含机端电容）最小功率因数确定无功出力。如金风750机组稳态时各种出力条件下功率因数均大于0.98，则可根据有功出力和功率因数确定无功出力，一般无功功率为负，电容器补偿量在暂稳计算中自动确定。双馈及直驱机组根据机组性能，如机组为恒功率因数运行则设置为PQ节点。如风电机组可自动调节无功输出控制机端电压，则设为PV转PQ节点，无功上下限按风电场无功出力限制填写。如图3-1、图3-2所示。图3-1填写风电场出力及电压VPQ电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明7图3-2填写风电场信息3.2风力发电机变量输出在暂态稳定计算界面的输出设置窗口，选择“发电机变量输出”并选择对应发电机，如发电机类型在计算数据库中为风力发电机，则在弹出的发电机变量选择窗口列出风力发电机相关变量，如图3-3所示。如果设置风力发电机输出后，修改作业中风力发电机组发电机类型为同步发电机模型，则程序在变量输出时按输出变量位置自动对应为相应的同步机变量，坐标名按图3-3中设置的变量名显示，反之亦然。电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明8图3-3风电机组变量输出设置电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明94风速变化扰动设置由潮流初值计算得到风速初值，此初值作为风电场风速中基本风部分，另外还可设置标准的“阵风”和“渐变风”分量。为配合风电场风速变化的模拟，暂稳计算新增一类节点扰动——“风电场风速变化（11）”，如图4-1所示。图4-1风电机组变量输出设置选择后弹出风速变化扰动设置窗口如图4-2所示。电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明10图4-2风速变化扰动设置其中各项内容含义如下：作业号：当前暂稳作业号；风电场母线：发电机母线列表；风速扰动：设置风速变化扰动的类型，分为阵风、渐变风、随机噪声风三种风速数据：针对不同风速扰动类型设置参数起始时间：风速扰动开始时间；结束时间：风速扰动结束时间。其余参数设置与具体风速扰动类型有关，详述如下。4.1阵风（GustWind）当风速扰动为阵风时，风速变化扰动窗口如图4-2所示。其中阵风最大值含义为阵风变化峰值。阵风用于描述风速突然变化的特性。在风电系统的动态仿真中，通常可以用它来考察系统在较大的风速扰动下的动态特性。其数学表达如式4-1所示。GGGGGTtTtTVTtV221cos100（4-1）其中sesseGTTTTTtVV//2cos1)2/(maxcos；Ts、Te、VGmax分别对应阵风开始时间，结束时间和阵风最大值。图4-3中所示即阵风最大值为5米/秒，开始时间为3s，结束时间为8s的阵电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明11风曲线。0123456789100123456VG(m/s)t(s)图4-3阵风扰动曲线4.2渐变风（RampWind）当风速扰动为渐变风时，风速变化扰动窗口如图4-4所示。其中上升时间T1含义为渐变风从0增加到峰值所用时间，下降时间含义为渐变风由峰值下降为0所用时间，渐变风最大值含义为渐变风变化峰值。图4-4渐变风设置窗口渐变风用来描述风速的渐变特性，如式（4-2）所示：电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明12eeerampesRssrampsRTtTtTTVTTtTTVTTtTVTtV00221max1（4-2）其中Vramp=VRmax[(t－Ts)/T1]，V’ramp=VRmax[(Te－t)/T2]，VRmax、Ts、Te、T1、T2分别为渐变风风速最大值、开始时间、结束时间、上升时间和下降时间。如图4-5为VRmax=5米/秒，Ts=10s，Te=80s，T1=20s，T2=20s的渐变风曲线。-1001020304050607080901001100123456VR(m/s)t(s)图4-5渐变风扰动曲线4.3随机噪声风（NoiseWind）当风速扰动为渐变风时，风速变化扰动窗口如图4-6所示。其中地表粗糙度KN含义为风电场地表粗糙系数，推荐值0.004；扰动范围F含义为随机风的扰动尺度，推荐值600；N为统计风速总数，一般可取50；频率间隔Δω为噪声抽样频率间隔，一般取0.5~2.0rad/s。电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明13图4-6随机噪声风设置窗口随机噪声风用来反映风速的随机特性，如式4-3所示。NiiiiVWNtSV12/1)cos(][2(4-3)其中)21(ii，3/4222])/(1[2iiNiVFFKS；Φi是0~2π之间均匀分布的随机变量；KN是地表粗糙系数；F指扰动范围；μ是平均风速；Δω为频率间距。如图4-7为N=50，Δω=1.0，F=600，KN=0.004的噪声风模拟曲线。05101520-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0Vnoisewind(m/s)t(s)图4-7噪声风扰动曲线电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明145参数参考值几种双反馈式风电机组模型参数参考值如表5-2所示。所有参数容量基值均为单机MVA容量。参数仅供参考，应以厂家实际参数为准。表5-1金风风电机组参数参考值参数名S48/750S43/600PG(p.u.)0.750.6r2(p.u.)0.017180.0053x2(p.u.)0.1240.0083x1(p.u.)0.110.0827Tj(s)6.05.0T’d0(s)1.471.4386τh(s)1.01.0Vci(m/s)4.03.0Vco(m/s)25.025.0VR(m/s)15.014.0表5-2双反馈风电机组参数参考值参数名GE1.5GE3.6Fuhrlander1.5Vestas0.85V52Gamesa0.85G52PG1.53.61.50.850.85ωg(rpm)12001200180016201620转子Tj(s)1.142.221.871.01.0Qmax(p.u.)0.3120.520.3120.1920.192Qmin(p.u..)-0.436-0.39-0.436-0.312-0.312控制方式电压电压电压功率因数功率因数叶片R(m)35.252.135.226.026.0风轮Tj(s)7.643.887.645.05.0ωt(rpm)15.412.720.020.020.0K(p.u.torque/rad)1.2465.751.2462.972.97D(p.u.torque/p.u.speed)1.53.03.551.01.0*Vwind_i3.03.03.04.04.0*Vwind_r11.811.812.015.015.0*Vwind_o25.025.025.025.025.0电力系统综合稳定程序PSASP®风力发电机模型说明15表5-3直驱式风电机组参数参考值参数名GE2.3GE2.5GE2.7GoldWind1.5S77PG2.32.52.71.5ωg(rpm)1240137515001200转子Tj(s)1.481.661.821.14Qmax(p.u.)0.4470.450.5230.312Qmin(p.u..)-0.333-0.357-0.38-0.312控制方式电压电压电压电压叶片R(m)43.735.529.538.5风轮Tj(s)4.743.963.667.64ωt(rpm)14.020.428.514.4K(p.u.torque/rad)4.413.863.541.246D(p.u.torque/p.u.speed)1.51.51.51.5*Vwind_i3.03.03.03.0*Vwind_r11121511*Vwind_o25.025.025.033如无相关数据，空气密度ρ缺省按1.225填写。