[发明专利]一种风电场等效模拟模块与交直机车及其供电系统

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种等效模拟模块与交直机车及其供电系统，尤其是涉及一种风电场等效模拟模块与交直机车及其供电系统。

背景技术

电气化铁路的高速发展与风力发电等新能源的大规模接入，为电网引入了大量含以整流器与逆变器为代表的电力电子装置的具有复杂随机性的负荷与电源，给传统电网带来众多干扰源。相比于其它器件如发电机、电动机等，电力电子装置如整流器、逆变器等对电能质量的要求较高，能够承受的电压范围较小，过载能力较低。传统仿真软件基于常规电器元件建立的模型不足以精细模拟处于复杂负荷环境下风电机组的动态行为，并且缺少研究电气化铁路的模型。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种满足了对于交直机车负荷特性研究的模型需求，克服了传统软件对风电场在复杂负荷条件下的动态响应模拟不足的缺点，为解决电铁负荷相关电能质量问题与风电场在复杂负荷条件下的相应问题提供了有效工具。通过仿真，为解决在复杂负荷条件下如何提高电网供电可靠性这一问题提供了参考依据的一种风电场等效模拟模块与交直机车及其供电系统。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种风电场等效模拟模块与交直机车及其供电系统，其特征在于，包括：

一风速模拟模块：根据组合风速的模拟模块原理，建立包括基本风、阵风、渐变风、噪声风；

一风能收集以及传动系统模拟模块：根据输入的风速、偏航角、桨距角、发电机转速输出轴端机械出力；

一个以双馈风力发电机为主体的风电场等效模拟模块，将风力机输入的机械功率转换为电能；

一控制系统模拟模块：能够调整偏航系统、风力机桨距角和发电机转子电流；

一牵引变电站模拟模块：采用交直型电铁负荷常用的V/v结线与Scott结线，将三相交流电变为单相交流电并降压；

一牵引供电线路模拟模块：采用常用的AT供电方式，将牵引变电站输出的电能传输到电力机车；

一交直型电力机车主电路模拟模块：选用SS9型，并且做适当简化，由受电弓从牵引供电网取电；

一交直型电力机车转速、电流双闭环直流调速控制系统：对机车速度进行控制。

其中，风速模拟模块、风能收集以及传动系统模拟模块、风电场等效模拟模块依次连接；所述控制系统模拟模块同时与风能收集以及传动系统模拟模块和风电场等效模拟模块连接；所述牵引变电站模拟模块、牵引供电线路模拟模块、交直型电力机车主电路模拟模块以及转速、电流双闭环直流调速控制系统依次连接；所述牵引变电站模拟模块和风电场等效模拟模块同时与电网连接。

在上述的一种风电场等效模拟模块与交直机车及其供电系统，所述风速模拟模块的具体工作步骤如下：利用模式识别辨识现场记录的历史时间风速数据库,匹配最佳的曲线组合,多组数据聚类分析出多种风特征类型模型,建立基本风、阵风、渐变风、噪声风数据库,根据需要调用不同类型风速输出。

在上述的一种风电场等效模拟模块与交直机车及其供电系统，所述风能收集以及传动系统模拟模块的具体工作步骤如下：利用相似原理根据实验测量的模型风机的转速、风速、桨叶角和轴功率模型特性曲线，换算成实际风机的运行特性曲线，通过查表插值由风速、转速、桨叶角输入数据获取实际风机轴功率输出。

在上述的一种风电场等效模拟模块与交直机车及其供电系统，所述风电场等效模拟模块的具体工作步骤如下：利用概率统计平均原理，将多台风机的随机功率输出平均等效为单台等值风机，以统计均值功率输出作为集合等效风机的功率输出，单机波动的1/N，作为等效风机波动，其中N为总风机台数；根据不同风速、转速、桨叶角输入数据下的转换效率系数和发电机效率计算等效的电网有功功率输出，并根据电网运行节点处的电压调整无功功率输出，满足系统稳定运行的要求。

在上述的一种风电场等效模拟模块与交直机车及其供电系统，所述控制系统模拟模块的具体工作步骤如下：利用现代控制理论建立多输入多输出状态方程控制系统模型，实现偏航系统控制、风力机桨距角控制、转子侧逆变器的开关状态控制、发电机输出的有功和无功功率以及机械转速的控制，运行状态检测和撬杠保护信号输出。

在上述的一种风电场等效模拟模块与交直机车及其供电系统，所述牵引变电站模拟模块的具体工作步骤如下：按照实际V/v与Scott牵引变压器接线构造模型，简化变电站中的测量以及保护元件，将由电网取得的三相交流电变为单相交流电输入牵引供电系统。