Asynchronní generátor větrné turbíny v izolované síti

Tento příklad ukazuje indukční generátor větrné turbíny v izolované síti.

R. Reid, B. Zulnier, R. Gagnon; Hydro-Quebec (IREQ)

popis

V tomto příkladu je uveden typický model systému High-Penetration, No Storage, Wind-Diesel (HPNSWD) [1]. Technologie byla vyvinuta společností Hydro-Quebec s cílem snížit náklady na dodávku elektřiny do vzdálených severních komunit [2]. Optimální pronikání větru (instalovaná větrná energie/špičková spotřeba elektřiny) pro tento systém závisí na nákladech na dodávku paliva na místo a dostupných větrných zdrojích. První komerční aplikace technologie HPNSWD byla uvedena do provozu v roce 1999 společností Northern Power Systems (Vermont, USA) na ostrově St. Paul na Aljašce [3]. Systém HPNSWD zobrazený v tomto příkladu používá synchronní stroj 480 V, 300 kVA, větrnou turbínu pohánějící asynchronní generátor 480 V, 275 kVA, zákaznickou zátěž 50 kW a proměnnou sekundární zátěž (0 až 446,25 kW).

Při nízkých rychlostech větru je k napájení zátěže zapotřebí jak asynchronní generátor, tak synchronní generátor s dieselovým motorem. Když stupeň větru překročí zatížení, lze dieselový generátor vypnout. V tomto režimu větru je synchronní stroj využíván jako synchronní kondenzátor a jeho budicí systém řídí síťové napětí na jmenovitou hodnotu. Skupina sekundárních zátěží se používá k regulaci frekvence systému pohlcováním větru do té míry, že převyšuje poptávku spotřebitelů.

Blok Wind Turbine používá dvourozměrnou vyhledávací tabulku pro výpočet výstupního točivého momentu turbíny (Tm) jako funkce rychlosti větru (w_Wind) a rychlosti turbíny (w_Turb). Když jste otevřeli tento příklad, vlastnosti Pm (w_Wind, w_Turb) byly automaticky načteny do vašeho pracovního prostoru (pole psbwindgen_char). Chcete-li zobrazit charakteristiky turbíny, poklepejte na tlačítko na bloku umístěném pod blokem Wind turbine.

Blok Secondary Load se skládá z osmi sad třífázových rezistorů zapojených do série s tyristorovými spínači GTO. Jmenovitý výkon každé sady sleduje binární průběh, takže zatížení se může měnit od 0 do 446,25 kW v krocích po 1.75 kW. GTO jsou modelovány jako ideální komutátory.

Frekvence je řízena blokem Discrete Frequency Regulator. Tento regulátor používá standardní třífázový systém Phase Locked Loop (PLL) pro měření frekvence systému. Naměřená frekvence je porovnána s referenční frekvencí (60 Hz), aby se získala chyba frekvence. Tato chyba je integrována pro získání fázové chyby. Fázová chyba je poté použita proporcionálně-derivačním (PD) regulátorem k vytvoření výstupního signálu představujícího požadovaný výkon sekundární zátěže. Tento signál je převeden na 8bitový digitální signál, který řídí spínání osmi třífázových sekundárních zátěží. Aby se minimalizovaly poruchy řádu napětí, spínání se provádí při přechodu nulového napětí.

Simulace

Například rychlost větru (10 m/s) je taková, že větrná turbína produkuje dostatek energie pro napájení zátěže. Dieselový generátor (nemodelovaný) je zastaven a synchronní stroj pracuje jako synchronní kondenzátor s mechanickým příkonem (Pm) nastaveným na nulu. Příklad ilustruje dynamickou účinnost systému řízení frekvence, když je zahrnuta další zákaznická zátěž o výkonu 25 kW.

Spusťte simulaci a sledujte napětí, proudy, výkony, asynchronní rychlost stroje a systémovou frekvenci ve dvou možnostech. Počáteční podmínky (vektor xInitial) byly automaticky načteny do pracovního prostoru, takže simulace začíná v ustáleném stavu.

Přečtěte si více

Boj proti chorobám a škůdcům rajčat: od semen k plodům - rady od Lignogumatu | Moskva

Když asynchronní stroj pracuje jako generátor, jeho otáčky jsou o něco vyšší než synchronní otáčky (1.011 pu). Podle charakteristiky turbíny je pro rychlost větru 10 m/s výkon turbíny 0,75 pu (206 kW). Kvůli ztrátám asynchronního stroje vyrábí větrná turbína 200 kW. Protože primární zátěž je 50 kW, sekundární zátěž absorbuje 150 kW, aby udržela konstantní frekvenci 60 Hz. Při t = 0,2 s se zapne přídavná zátěž 25 kW. Frekvence okamžitě klesne na 59,85 Hz a regulátor frekvence reaguje na snížení množství absorbovaného sekundární zátěží a postupně vrací frekvenci na 60 Hz. Napětí zůstává na 1 pu a není pozorováno žádné blikání.

Regenerace výchozích podmínek

V tomto příkladu nastavení jsou všechny stavy inicializovány, takže simulace začíná v ustáleném stavu. Počáteční podmínky byly uloženy v souboru „power_windgen.mat“. Když otevřete tento model, zpětné volání InitFcn (ve vlastnostech modelu/zpětných voláních) automaticky načte obsah tohoto souboru .mat do vašeho pracovního prostoru (proměnná „xInitial“).

Pokud tento model upravíte nebo změníte hodnoty parametrů výkonové součásti, počáteční podmínky uložené v proměnné xInitial přestanou platit a Simulink ® vygeneruje chybové hlášení. Chcete-li obnovit počáteční podmínky pro upravený model, postupujte takto:

1. Na panelu Parametry konfigurace zrušte zaškrtnutí parametru Počáteční stav.

2. Poklepejte na blok 3-Phase Breaker a deaktivujte přepínání spínačů (zrušte zaškrtnutí políčka „Switching of Phase X“ pro fáze A, B a C).

3. Změňte čas zastavení simulace na 20 sekund. Všimněte si, že za účelem generování počátečních podmínek koherentních s frekvencí 60 Hz musí být doba zastavení celočíselný počet cyklů 60 Hz.

4. Spusťte simulaci. Jakmile je simulace dokončena, zkontrolujte, zda bylo dosaženo ustáleného stavu tím, že se podíváte na průběhy zobrazené ve schopnostech. Konečné stavy, které byly uloženy v poli „xFinal“, lze použít jako počáteční stavy pro budoucí simulace. Spuštěním následujících dvou příkazů se tyto konečné podmínky zkopírují do „xInitial“ a tato proměnná se uloží do nového souboru (myModel_init.mat).

>> xInitial=xFinal;

>> uložit myModel_init xPočáteční

5. V okně InitFcn panelu Vlastnosti nahraďte první řádek inicializačních příkazů textem „load myModel_init.“ Při příštím otevření tohoto modelu se do vašeho pracovního prostoru načte proměnná xInitial uložená v souboru myModel_init.mat.

6. Na panelu Možnosti konfigurace zaškrtněte políčko Počáteční stav.

7. Spusťte simulaci a zkontrolujte, zda váš model začíná v ustáleném stavu.

8. Dvakrát klikněte na blok 3-Phase Breaker a povolte přepínání spínačů (zkontrolujte parametry „Spínání fáze X“ pro fáze A, B a C).

9. Změňte čas zastavení simulace na 5 sekund.

10. Uložte model.

reference

[1] R. Gagnon, B. Zulnier, G. Sibille, P. Giroux; „Modelování generického systému větrné nafty s vysokou penetrací bez skladování pomocí MATLAB®/Power System Blockset“ 2002 Global Windpower Conference, duben 2002, Paříž, Francie

[2] B. Zulnier, A. O. Barry, B. Dube, R. Reid; „Návrh a vývoj regulačního a řídicího systému pro systém větru/nafta s vysokou penetrací bez skladování“ Konference Evropského společenství o větrné energii 88, 6.–10. června 1988, Herning, Dánsko

[3] L. Mott (NPS), B. Solnier (IREQ) „Commercial Diesel-Wind Project, St. Paul Island, Aljaška“ 14. hlavní konference interutility Diesel, 28. května – 2. června, Winnipeg, Manitoba, Kanada

Přečtěte si více

Kolik gramů kyseliny citronové v lžičce a polévkové lžíci