Yeni enerji genel modelinin modellenmesi ve simülasyonu
Son yıllarda, çeşitli kapasitelerde yeni enerji güç üretim sistemlerinin sürekli devreye alınmasıyla, Çin'in güç kaynağı yapısındaki yeni enerji güç üretiminin oranı istikrarlı bir şekilde artmıştır. Çin Elektrik Konseyi'nin ilgili istatistiklerine göre, Çin'in yeni enerji üretim kapasitesi ilk kez% 50'yi aşarak 2017'de% 53,7'ye ulaştı ve güç yapısı optimize edilmeye devam etti. 2017 yılında, DC ve 2 AC UHV projeleri, elektrik şebekesinin bölgeler arası enerji tahsis kapasitesini ve yeni enerji tüketim kapasitesini büyük ölçüde iyileştiren, ülke çapında 5 yıl boyunca üretime girmiş ve ulusal rüzgar azaltma hacmi ve rüzgar kısma oranı, üç yıl içinde ilk "çift düşüşü" gerçekleştirmiştir. . Rüzgar enerjisi ve fotovoltaik enerjinin kurulu gücü sırasıyla% 10,5 ve% 68,7 arttı. Rüzgar enerjisi ve güneş enerjisi tarafından temsil edilen yeni enerji ikamelerinin rolü giderek daha açık hale geldi.
Yeni enerji güç üretim sisteminin görece yoğunlaştığı bölgelerde, penetrasyon oranındaki sürekli artış nedeniyle, yeni enerji güç üretim sisteminin geçici özelliklerinin yerel elektrik şebekesinin istikrarı üzerindeki etkisi göz ardı edilemez. Elektrik şebekeleri çalışmasında çeşitli yöntemler vazgeçilmezdir.Bu amaçla rüzgar enerjisi, fotovoltaik, enerji depolama, dalga enerjisi gibi çeşitli enerji üretim sistemlerini kapsayan ilgili modellerin oluşturulması gerekmektedir. Simülasyon yöntemine bağlı olarak, modelleme gerçek fiziksel modelleri veya yazılım matematiksel modellerini içerebilir. Bu makalede tartışılan modelleme fikirleri yalnızca dijital simülasyon yazılımları içindir ve yazılım modelleme kategorisine aittir.
1 Yeni enerji genel modelinin modellenmesi
1.1 Yeni enerji güç üretim sistemlerinin özellikleri ve modelleme fikirleri
Termik güç üretim sistemleri gibi geleneksel enerji kaynakları ile karşılaştırıldığında, yeni enerji güç üretim sistemlerinin özellikleri vardır.Kısa bir liste aşağıdaki gibidir:
(1) Yeni enerji güç üretim sistemleri genellikle şebekeye bağlanmak için güç elektroniği dönüştürücülerini kullanır.Örnek olarak bir rüzgar enerjisi sistemindeki çift beslemeli rüzgar türbinini ele alalım.Hızı ile şebeke frekansı arasında yeni enerji güç üretim sisteminin genel eylemsizliğine yol açan bir bağlantı ilişkisi yoktur. Büyük ölçüde azalacak.
(2) Yeni enerji güç üretim sistemlerinin oranındaki artış, geleneksel senkron jeneratörlerin oranının azaldığı ve güç şebekesinin güç açısı stabilitesini ve voltaj stabilitesini sağlamak için uyarma sistemini kontrol etme kabiliyetinin kademeli olarak zayıflayacağı anlamına gelir, bu da güç şebekesinin güvenliği için önemlidir. Olumsuz. Aynı zamanda, örneğin, rüzgar enerjisi sisteminin normal çalışma sırasında reaktif güç tüketmesi de gerekir, bu da sistemin geçici arızası sırasında güç şebekesinin dengesini daha da kötüleştirecektir.
Güç sistemi simülasyonu, güç şebekelerinin güvenliğini ve kararlılığını incelemek için önemli bir araçtır.Yeni enerji güç üretim sistemlerinin sayısının artmasıyla, simülasyon modellemesinde bunların doğru bir şekilde modellenmesi acildir. Şu anda, başlıca iki modelleme fikri vardır: ayrıntılı modelleme ve genel modelleme. Ayrıntılı modelleme, yeni enerji güç üretim sisteminin her bileşeni için ayrıntılı diferansiyel denklemlerin veya cebirsel denklemlerin kurulmasını ve ardından simülasyon sürecinde eşzamanlı çözümleri gerektirir. Bu tür bir simülasyon modelleme yöntemi en doğrudur ve esas olarak ilgili ekipman üreticileri tarafından ürün testi ve doğrulaması için kullanılır. Elektrik şebekesi güvenlik analizi açısından, ayrıntılı modelleme yöntemleri aşağıdaki sınırlamalara sahiptir:
(1) Yeni enerji güç üretim sistemi, genellikle düzinelerce ila yüzlerce yeni enerji güç üretim birimi içeren rüzgar çiftlikleri ve merkezi fotovoltaik santraller gibi çok sayıda güç üretim birimi içerebilir.Bu alt sistemleri tek tek modellemek gerçekçi değildir. nın-nin.
(2) Yeni enerji güç üretim sistemleri genellikle çok sayıda güç elektroniği cihazı içerir.Aynı zamanda, çok sayıda üretici olması nedeniyle ilgili kontrol yöntemleri ve kontrol stratejileri aynı değildir. Bu kontrolleri ayrıntılı olarak tam olarak modellemek için iş yükü de kabul edilemez.
Şebeke güvenliği ve kararlılığı üzerine yapılan araştırma, yeni enerji güç üretim sistemlerinin ana şebekenin frekansı, voltajı ve gücü gibi ana elektriksel nicelikler üzerindeki etkisine daha fazla odaklandığından, harici karakteristik simülasyonlara dayalı genel modelleme yöntemlerini kullanmaya daha meyilliyiz. Yeni enerji güç üretim sistemini modelleyin. Bu modelleme fikrinin aşağıdaki avantajları vardır:
(1) Genel modelleme fikri, çeşitli yeni enerji güç üretim yöntemlerini ilgili işlevsel modüllere ayırmak ve bunları giriş ve çıkış değişkenleri aracılığıyla bağlamaktır.Bu, yeni enerji güç üretim sisteminin dış özelliklerini ve aynı zamanda İçindeki ana değişkenleri yansıtın.
(2) Dış karakteristik simülasyon yöntemi nedeniyle, hızlı değişen ve dış şebeke sistemi üzerinde çok az etkisi olan bazı geçici bileşenler, yeni enerji güç üretim sisteminin genel modellemesi sürecinde göz ardı edilecek ve bu da modellemenin zorluğunu büyük ölçüde azaltacaktır. Ve model hesaplamaları.
(3) Modüler tasarım sayesinde, çeşitli fonksiyonel modüllerin tasarımını yeniden birleştirmek ve optimize etmek uygundur.Örneğin, rüzgar enerjisi sisteminin kontrol modülü, uygun ayarlamalardan sonra fotovoltaik ve enerji depolama sistemlerinin modelleme çalışmalarına hızlı bir şekilde uygulanabilir. Modelleme ve hata ayıklamanın iş yükü. Bu makalenin geri kalanında, genel modelleme sürecini açıklamak için rüzgar enerjisi sistemindeki çift beslemeli jeneratör setini (DFIG) örnek olarak alacağız ve ardından şebeke modelleme hesaplama örnekleri ve rüzgar enerjisi sistemini içeren simülasyon sonuçlarını vereceğiz.
1.2 Rüzgar enerjisi sistemlerinde çift beslemeli jeneratörlerin modellenmesi
Çift beslemeli fanın yapısı Şekil 1'de gösterilmektedir:
Şekil 1'den görülebileceği gibi, çift beslemeli rüzgar türbini esas olarak rüzgar türbinlerinden, çift beslemeli jeneratörlerden ve dönüştürücülerden oluşur. Sonunda güç şebekesine birleştirilen akım, stator tarafı ve rotor tarafı akımı olmak üzere iki parça içerdiğinden, rotor tarafı akımının frekansı, rüzgar hızı değiştiğinde bile genel akım frekansını şebeke frekansı ile tutarlı tutmak için dönüştürücü tarafından değiştirilebilir. Yararlanın. Aynı zamanda, rotor akımının fazını ayarlayarak, tüm rüzgar türbininin reaktif güç tüketimi ayarlanabilir ve bir şebeke arızası durumunda bile, şebekenin stabilitesi için kısmi desteği iyileştirmek için orta düzeyde bir reaktif güç sağlanabilir. Bunlar arasında, jeneratör voltajı ve akı bağlantı denklemi aşağıdaki gibidir:
Dolayısıyla, çift beslemeli jeneratör parçası, Şekil 2'de gösterildiği gibi aşağıdaki Norton akım kaynağı olarak ifade edilebilir:
Denklemler (2) ve (4) sayesinde aşağıdaki rotor akı denklemi elde edilebilir:
Denklem (8), Şekil 3'te şu şekilde ifade edilebilir:
onların arasında:
Bu nedenle, çift beslemeli jeneratör setinin akım dönüştürücüsünün kontrolü, Şekil 4'te gösterilen transfer fonksiyonu blok diyagramı ile temsil edilebilir:
Şekil 3 ve Şekil 4'ü entegre ederek, Şekil 5'te gösterildiği gibi çift beslemeli rüzgar türbininin kontrol fonksiyonu blok diyagramı elde edilebilir.
Modeli daha da basitleştirmek için aşağıdaki varsayımları yapın:
(1) Kuplaj geri beslemesinin rotor akısı bileşenini ve akım dönüştürücüdeki çapraz kuplaj terimini ihmal edin;
(2) Rotor akım terimini stator akım terimiyle değiştirin, yani uyarma akımı bileşeni dikkate alınmaz;
(3) Rotor akım kontrol blok şemasını tek bir PI kontrol bağlantısında basitleştirin.
Yukarıdaki varsayımları geçtikten sonra, Şekil 6'da gösterildiği gibi basitleştirilmiş bir model diyagramı elde edilebilir.
Sadeleştirilmiş modeldeki zaman sabiti ve diğer parametrelerin orijinal olanlardan farklı olduğu ve parametrelerin uygun tanımlama araçlarıyla kontrol edilmesi gerektiği görülmektedir.Yer sınırlamalarından dolayı açıklama burada değildir.
Son olarak, Şekil 7'de gösterildiği gibi çift beslemeli fanın eşdeğer model blok diyagramı elde edilebilir.
Şekil 7'den, son çift beslemeli rüzgar türbininin kontrol edilebilir bir akım kaynağı formuna eşdeğer olabileceği görülebilir Güç elektroniği dönüştürücüsünün benimsenmesinden sonra, aktif akımın ve reaktif akımın dekuplaj kontrolü gerçekleştirilir. Ortadaki transfer fonksiyonu yukarıdan türetilmiştir ve en soldaki mevcut kontrol bağlantısı aşağıdaki içerikte daha detaylı açıklanacaktır.
1.3 Rüzgar enerjisi sistemi akım kontrol bağlantısının modellenmesi
Şebeke işletim yönetmeliklerinin gereksinimlerini karşılamak için, rüzgar enerjisi sistemi üreticileri genellikle düşük voltajlı geçiş gibi koruma ve kontrol fonksiyonları sağlar. Bu fonksiyonlar, akımı dinamik olarak sınırlandırarak modelde uygulanabilir. Şekil 8'de gösterildiği gibi.
Şekil 8'de aktif akım ip ve reaktif akım iq ayrı ayrı kontrol edilir ve en önemli özellikler sol kontrol bloğundaki fonksiyon tarafından belirlenir, yani ip_max = f (u) ve iq_max = f (u), f (u ) Değişken olarak terminal voltajı Vterm olan bir fonksiyondur, çünkü sistem arızası sürecinde Vterm terminal voltajı da geçici bir sürece sahip olacaktır. Farklı gerilim değerleri altında verilebilecek maksimum akım tanımlanarak, rüzgar enerjisi sisteminin şebeke arızası koşulları altında akım çıkış karakteristikleri iyi bir şekilde yerleştirilebilir. Modelleme sürecinde, bu uydurma işlemi genellikle işlevini gerçekleştirmek için bir dizi doğrusal olmayan işlev kullanır ve parametre ayarları Şekil 9'da gösterilmektedir.
Bu eğri uydurma işleminin model parametre doğrulama sürecinin bir parçası olduğu belirtilmelidir çünkü farklı üreticilerin ekipmanlarının mevcut tepki eğrileri farklıdır ve çıktı sonuçlarının modele göre hesaplanması ve alanda ölçülen değerlerin veya üretici tarafından sağlanan eğrinin birleştirilmesi gerekir. Doldurulacak veriler.
Şekil 8'in sağındaki kontrol bloğu, ekipmanın gerçek maksimum çıkış akımı limitini temsil eder Rüzgar enerjisi sistemi genellikle bir güç elektronik konvertörü vasıtasıyla ana şebekeye bağlanır, bu nedenle konvertör tarafından taşınan akımın üst limiti, ayar değeri olarak kullanılabilir.
1.4 Rüzgar enerjisi sistemi güç kontrol bağlantısının modellenmesi
Reaktif gücün kontrol mantığı Şekil 10'da gösterilmektedir.
Şekil 10'dan kontrol mantığının yaygın olarak kullanılan bir PI kontrol stratejisi olduğu görülebilmektedir Terminal voltajı ve ayar değeri ile mevcut güç faktörü ve ayar değeri karşılaştırılarak, sabit reaktif güç sapması ve sabit güç olmak üzere iki sapma sinyali elde edilebilir. Faktör sapması, bu iki kontrol modu, kontrol kelimesi ile değiştirilebilir.
Sapma integral bağlantıyı geçtikten sonra, reaktif akım kontrol sinyali Iqcmd elde edilebilir.
Aktif kontrol mantığı Şekil 11'de gösterilmektedir. Şekil 11'de aktif gücün fan hızıyla, yani şekildeki f (Pe) fonksiyonuyla ilişkili olduğu görülebilmektedir.Bu fonksiyon fanın aktif güç-hız eğrisini tanımlamaktadır.Şekil 12'de tipik bir eğri gösterilmektedir.
Şekil 12'de görüldüğü gibi 0-0.1pu aralığında jeneratör aktif güç çıkışı vermez BC bölüm eğrisi, fanın optimum uç hızı oranı izleme kontrol aralığına karşılık gelir.Bu aralıkta rüzgar hızı arttıkça, Jeneratörün çıkış aktif gücü de artar ve aktif güç 0.75pu'ya ulaşmadan önce adım açısı her zaman 0'dır; CD segment eğrisi, hız 1.2pu'ya ulaştığında ve aktif çıkış nominal değere ulaşmadığında fanın güç torku kontrol aralığına karşılık gelir. , Fan hızını değiştirmeyecek; DE bölümü eğrisi, fan eğim açısı kontrol bölümüne karşılık gelir.Fan hızı, nominal hızdan daha yüksek olduğunda, fan çıkışı aktif gücünün her zaman nominal değerde tutulmasını sağlamak için eğim açısı ayarlanacaktır.
2 Simülasyon örneği
Yukarıdaki modelin ilkesine ve modelleme sürecine göre şebeke elektromanyetik geçici simülasyon programı DDRTS'de, Şekil 13'te gösterildiği gibi rüzgar enerjisi sistemini içeren bir şebeke modeli oluşturulur.
Şekil 13'te sol taraf, yükseltici trafo ve toplama hattından geçtikten sonra ana elektrik şebekesine birleştirilen rüzgar enerjisi sistemi modelidir ve sağ taraftaki eşdeğer güç kaynağı harici güç şebekesini simüle etmek için kullanılır. Rüzgar türbininin çıkış barasına bir arıza bileşeni eklenerek, rüzgar türbininin arıza koşulları altında çıkış gücü, voltajı ve akımının dinamik değişim davranışı simüle edilir. Spesifik bileşen parametreleri Tablo 1'de gösterilmektedir.
Simülasyon sonucu Şekil 14'te gösterilmektedir.
Simülasyon sonuçlarından, arızanın meydana gelmesi sırasında, terminal voltajının nominal değerin yaklaşık% 80'ine düşürüldüğü görülebilir Bu zamanda, rüzgar türbini kontrol mantığındaki düşük voltaj reaktif güç ayarlama fonksiyonu, sistem voltajını kısmen desteklemek için rüzgar türbini çıkış reaktif akımını kontrol edecektir; Dönem boyunca gerilim düşmesinden dolayı aktif güç de azalır; arıza düzeldikten sonra çift beslemeli rüzgar türbininin aktif gücü hızlı bir şekilde normal seviyeye dönebilir. Tam güç dönüştürücü tipi bir rüzgar türbini gibi farklı tipte bir rüzgar türbini ise, aktif güç geri kazanım süreci nispeten uzun olacaktır ve aktif akım kontrol eğrisi değiştirilerek simüle edilebilir.
3 Daha fazla promosyon
Bu yazıda tartışılan dış özelliklere dayalı genel modelleme yöntemi, diğer yeni enerji güç üretim sistemlerinin modelleme çalışmalarına daha da genişletilebilir. Dalga enerjisi güç üretim sistemini örnek alarak, Şekil 15, dalga enerjisi güç üretim sisteminin sabit direnç modunda işlevsel bir blok diyagramıdır.
Bunlar arasında PMSG sabit mıknatıslı senkron jeneratör torku, basınç fonksiyonu ve verimlilik fonksiyonunun ifadeleri aşağıdaki gibidir:
(10) ila (12) arasındaki denklemlere göre, dalga enerjisi güç üretim sistemi modelinin ana işlevlerini gerçekleştirmek üzere eşdeğer bir akım kaynağını kontrol etmek için kontrol modeli blokları oluşturun ve son çıkış üç fazlı ABC akımını kullanın. Alan kısıtlamaları nedeniyle, burada ayrıntılı olarak tartışmayacağız.
4. Sonuç
Bu makale, farklı modelleme yöntemlerinin avantajlarını ve dezavantajlarını karşılaştırmakta ve yeni enerji güç üretim sistemini modellemek için harici karakteristik eşdeğer modelleme yöntemini kullanmayı seçmektedir (örnek olarak çift beslemeli rüzgar türbini). Güç elektroniği dönüştürücülerinin piyasaya sürülmesinden dolayı, yeni enerji güç üretim sistemlerinin geçici özellikleri esas olarak dönüştürücünün kontrol özellikleri tarafından belirlenir. Bu makale, çift beslemeli fanın aktif ve reaktif gücünün kontrol mantığını, akım sınırı karakteristik eğrisinin simülasyonunu ve diğer kontrol bağlantılarının özelliklerini tartışmakta ve ilgili kontrol fonksiyonu blok diyagramını vermektedir. Simülasyon örnekleri oluşturularak ve ilgili arıza simülasyonları yapılarak rüzgar türbini gerilimi, akımı ve güç eğrileri elde edilir Arıza parametreleri birleştirilerek ve eğri karakteristikleri analiz edilerek, bu genel modelin dış karakteristik eşdeğer modelleme yönteminin yeni enerjiyi garanti edebileceği bilinebilir. Genel tepkinin doğruluğu, fotovoltaik ve dalga enerjisi gibi çeşitli yeni enerji güç üretim modlarının modelleme çalışmasına genişletilebilir.
Referanslar
Çin'in 2017'deki güç gelişimine genel bakış. Pekin: Çin Elektrik Birliği Sanayi Geliştirme ve Çevre ve Kaynaklar Bakanlığı, 2017.
Li Shichun, Deng Changhong, Long Zhijun ve diğerleri.Yüksek şebeke penetrasyonuna uyarlanmış çift beslemeli rüzgar türbinleri için atalet kontrol yöntemi. Elektrik Güç Sistemleri Otomasyonu, 2016, 40 (1): 30-35.
Xiao Cun, Han Xiaoqing, Wang Kangning.Şebekeye bağlı rüzgar türbinlerinin voltaj kararlılığının analizi.Henan Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Dergisi, 2014, 35 (6): 47-51.
Mi Shi, Zhou Yao, Wang Lin. Güç Sistemi Simülasyon Araçlarına Genel Bakış Elektrik Anahtarı, 2010, 48 (4): 8-10.
Pan Xueping, Ju Ping, Wu Feng ve diğerleri.Çift beslemeli rüzgar türbinlerinin model yapısı üzerine tartışma.Elektrik Güç Sistemleri Otomasyonu, 2015, 39 (5): 7-13.
ERICH I, KRESTCHMANN J, FORTMANN J, ve diğerleri Güç Sistemi Kararlılık Çalışmaları için Çift Beslemeli İndüksiyon Jeneratörlerine Dayalı Rüzgar Türbinlerinin Modellenmesi Güç Sistemleri 2007, 22 (3): 909-919 üzerinde IEEE İşlemleri.
FORMANN J, ENGELHARDT S, KRESTCHMANM J, ve diğerleri. DFIG ve Tam Boy Dönüştürücü Tabanlı Rüzgar Türbinleri İçin Genel Simülasyon Modeli. 9. Uluslararası Rüzgar Entegrasyonu Çalıştayı, Quebec City, Kanada, 18-19 Ekim 2010.
WECC Tip 3 Rüzgar Türbini Jeneratörü Modeli, Elektrik Enerjisi Araştırma Enstitüsü, 2014.
Dong Pengcheng, Chen Mingshuai. Çift beslemeli asenkron rüzgar türbinleri ile alçak gerilim yolculuğuna genel bakış. İletişim güç teknolojisi, 2017 (4): 167-169.
Li Na, Xu Zheng.PSS / E'de çift beslemeli fan modeli.Mekanik ve Elektrik Mühendisliği, 2012, 29 (9): 1080-1084.
Wang Kunlin, Tian Lianfang, Wang Xiaohong ve diğerleri.Hidrolik depolama dalga enerji cihazının güç üretim sisteminin özellikleri.Güney Çin Teknoloji Üniversitesi Dergisi, 2014, 42 (6): 28-31.
yazar bilgileri:
Liang Yu1,2, Wang Weimin1,2, Liu Hongyan1,2, Lin Daohong1,2, Mao Lan3, Zhang Fan3
(1. Hainan Power Grid Co., Ltd. Elektrik Güç Araştırma Enstitüsü, Haikou 570311, Hainan;
2. Hainan Eyaleti Fiziksel ve Kimyasal Analiz Temel Laboratuvarı, Haikou 570311, Hainan; 3. Beijing Yintu Simulation Technology Co., Ltd., Beijing 100190)
