近?？稍偕茉淳C合發(fā)電系統(tǒng)模型對比

秦　川,聞丹銀,鞠　平,吳　峰

(1.河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院,江蘇 南京　210098; 2.國網(wǎng)泰州供電公司,江蘇 泰州　225300)

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近海可再生能源綜合發(fā)電系統(tǒng)模型對比

秦川1,聞丹銀2,鞠平1,吳峰1

(1.河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院,江蘇 南京210098; 2.國網(wǎng)泰州供電公司,江蘇 泰州225300)

摘要：介紹融合近海風(fēng)力發(fā)電、波浪能發(fā)電以及潮流能發(fā)電的近海可再生能源綜合發(fā)電系統(tǒng)的電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并以此系統(tǒng)為例,在Matlab/Simulink平臺下分別搭建了其詳細模型和相量模型。在定性分析2種模型的區(qū)別之后,分別在風(fēng)速變化時以及電網(wǎng)擾動故障下,對詳細模型和相量模型進行了仿真對比。時域仿真結(jié)果顯示,詳細模型和相量模型的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)響應(yīng)趨勢均基本一致;詳細模型仿真計算耗時長,且仿真曲線中包含高頻分量;相量模型仿真計算耗時短,仿真曲線相對平滑。

關(guān)鍵詞：近海可再生能源綜合發(fā)電系統(tǒng);近海風(fēng)電;波浪能發(fā)電;潮流能發(fā)電;詳細模型;相量模型

為了解決環(huán)境污染和能源危機這2個全球關(guān)注的熱點問題,各國紛紛將目光投向可再生能源的開發(fā)和利用,而海洋覆蓋了地球70%的表面,其蘊含的能量大大超過了目前全球能源的需求,科學(xué)的開發(fā)和利用近海能源具有重要意義。

近?？稍偕茉粗饕ńｏL(fēng)能、波浪能、潮流能、溫差能、鹽差能等[1]。目前,近海風(fēng)力發(fā)電已進入商業(yè)化運營階段,技術(shù)相對比較成熟[2-8];波浪能和潮流能發(fā)電技術(shù)也取得了可喜的成果,部分已經(jīng)建成試驗電站[9-14];而溫差能和鹽差能的研究還處于初級階段,且主要是理論研究。所以,目前可利用的近?？稍偕茉粗饕侵附ｏL(fēng)能、波浪能和潮流能。

近年來,為了有效提高近?？稍偕茉窗l(fā)電的利用率和可靠性,人們開始研究近?？稍偕茉淳C合發(fā)電技術(shù)。Mohammad等[15]提出了基于海上風(fēng)電和潮流能的混合發(fā)電系統(tǒng)(HOTT),構(gòu)建了仿真系統(tǒng),驗證了混合發(fā)電系統(tǒng)的可行性。秦川等[16]將近海風(fēng)力發(fā)電、波浪能發(fā)電、潮流能發(fā)電融合成一有機結(jié)合體,通過電氣連接系統(tǒng),實現(xiàn)了各種發(fā)電裝置之間的相互兼容以及與電網(wǎng)的可靠連接。近海可再生能源綜合發(fā)電的拓?fù)湓O(shè)計、控制、并網(wǎng)運行研究離不開仿真計算。而仿真計算是以模型為基礎(chǔ)的,因此,在研究近?？稍偕茉淳C合發(fā)電時,首先要對其進行機理建模,也即詳細模擬綜合發(fā)電單元的各組成部分以及相應(yīng)的內(nèi)部電氣拓?fù)溥B接方式,建立其詳細機理模型。

電力系統(tǒng)暫態(tài)可分為毫秒級的電磁暫態(tài)和秒級的機電暫態(tài)。針對這2種仿真, Matlab的電力系統(tǒng)工具箱Sim Power Systems (SPS)分別采用2種方法進行解算[17]。在進行電磁暫態(tài)仿真時,SPS采用詳細算法,有連續(xù)法和離散法2種,它們建立在最基本的電路原理和微分方程求解的基礎(chǔ)上。在每個周期內(nèi)均采用微秒級的仿真步長,逐點求取基波、直流與諧波分量;在進行機電暫態(tài)仿真時,SPS采用濾去直流和諧波分量計算的相量法,將計算內(nèi)容固定為額定頻率下的交流量,從而減少了仿真步數(shù)、縮短了仿真時間。與之相對應(yīng),在Matlab平臺下,對基于電壓源變換器(VSC)發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)研究進行建模的方法有3種,分別是詳細模型(detailed model)、平均模型(average model)和相量模型(phasor model)。詳細模型描述了電力電子變換器的詳細特性,適用于電磁暫態(tài)仿真、諧波分析以及觀測控制系統(tǒng)的動態(tài)性能;平均模型用開關(guān)器件一個開關(guān)周期內(nèi)交流電壓的平均值來描述變換器的動態(tài)特性,適用于觀測控制系統(tǒng)的動態(tài)特性,但不適用于諧波分析; 相量模型忽略了變換器中電力電子器件的開關(guān)特性,適用于機電暫態(tài)仿真。

本文以一種融合近海風(fēng)電、波浪能發(fā)電和潮流能發(fā)電的近?？稍偕茉淳C合發(fā)電系統(tǒng)[16,18]為例,在Matlab/Simulink平臺下分別搭建了其詳細模型和相量模型,并對這2種常用的建模方法進行了時域仿真對比。

1近?？稍偕茉淳C合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文所述近?？稍偕茉淳C合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中,風(fēng)力發(fā)電和潮流能發(fā)電的透平采用水平軸式,發(fā)電機采用直驅(qū)式旋轉(zhuǎn)永磁發(fā)電機(DDPMG),波浪能發(fā)電采用基于阿基米德擺(AWS)的直線永磁發(fā)電機(LPMG)[19-20]。

圖1　綜合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1　Structure of hybrid generation system

3種發(fā)電裝置分別通過機側(cè)PWM整流器并聯(lián)到直流電容,然后通過網(wǎng)側(cè)PWM逆變站和升壓變接入交流電網(wǎng)。

2綜合發(fā)電系統(tǒng)的詳細模型

詳細模型對系統(tǒng)中發(fā)電機、電力電子變換器及其控制系統(tǒng)等進行詳細描述,適用于電磁暫態(tài)仿真和觀測控制系統(tǒng)動態(tài)性能。對于近?？稍偕茉淳C合發(fā)電系統(tǒng)而言,系統(tǒng)通過3個機側(cè)整流器以及1個網(wǎng)側(cè)逆變器并網(wǎng),模型中包含大量狀態(tài)變量及非線性模塊。實際仿真中,采用離散的Z變換傳遞函數(shù)搭建詳細模型,采用定步長離散算法進行計算,步長設(shè)為5 μs。

2.1　發(fā)電機模型

2.1.1DDPMG模型

DDPMG本質(zhì)上是一種同步發(fā)電機,與傳統(tǒng)的同步發(fā)電機類似。假設(shè)d、q坐標(biāo)系的d軸與永磁體產(chǎn)生的磁場同相位,DDPMG模型可以寫為

(1)

式中:ψ——DDPMG永磁體勵磁磁鏈;uds、uqs——DDPMG定子電壓的d、q軸分量;ids、iqs——DDPMG定子注入電流的d、q軸分量;Ls、Rs——DDPMG定子電感和電阻;ω——DDPMG發(fā)電機轉(zhuǎn)速;Tem——DDPMG的電磁轉(zhuǎn)矩;np——DDPMG發(fā)電機極對數(shù)。

DDPMG取消了傳動齒輪箱,其轉(zhuǎn)子軸通常直接與風(fēng)力發(fā)電或者潮流能發(fā)電裝置葉輪的傳動軸相連。因此通常情況下,采用集中質(zhì)量塊模型來表示其軸系模型:

(2)

其中

ω=npωt

式中:J——發(fā)電系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量;Bm——轉(zhuǎn)動黏滯系數(shù);ωt——葉輪的轉(zhuǎn)速；Tm——葉輪的機械轉(zhuǎn)矩。

2.1.2LPMG模型

波浪能發(fā)電裝置所采用的LPMG本質(zhì)上也是永磁發(fā)電機,與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)永磁發(fā)電機主要區(qū)別是發(fā)電機動子的運動規(guī)律不同。傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向保持不變,而LPMG的動子(Translator)是進行來回往復(fù)運動,其速度的大小和方向是變化的,其發(fā)電機模型可以表示為

(3)

其中

式中:Lsl——LPMG同步電感;Rl——LPMG定子電阻;Xsl——LPMG同步電抗;idsl、iqsl——LPMG定子電流的d、q軸分量;udsl、uqsl——LPMG端口電壓的d、q軸分量;ψPMl——LPMG永磁體的磁鏈;ωl——LPMG的電角速度;v——LPMG運動速度;λ——LPMG極距。

LPMG是由AWS驅(qū)動的,其機械動態(tài)模型可以由單質(zhì)量塊模型表示:

(4)

式中:x——AWS浮子和LPMG動子的位移;mtot——AWS所有運動部件的質(zhì)量總和;βg——LPMG的阻尼系數(shù);βw——AWS的水動力阻尼系數(shù);ks——AWS的彈性系數(shù);Fwave——波浪作用在AWS浮子上力的總和,是整個波浪發(fā)電系統(tǒng)激勵。

2.2　變換器模型

詳細模型對電力電子變換器的結(jié)構(gòu)和PWM控制進行了詳細的描述。其電力電子變換器主要由直流環(huán)節(jié)、機側(cè)整流器和網(wǎng)側(cè)逆變器等部分組成。由于網(wǎng)側(cè)逆變器和機側(cè)整流器的電路結(jié)構(gòu)類似,在此僅對網(wǎng)側(cè)逆變器進行分析,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

在三相電網(wǎng)電壓平衡下,其數(shù)學(xué)模型為

(5)

式中:Sa、Sb、Sc——三相橋臂的開關(guān)函數(shù),當(dāng)其為1時,表示橋臂的上管導(dǎo)通,下管關(guān)斷，當(dāng)其為0時相反；udc——直流母線的電壓；ir——機側(cè)電流；ua、ub、uc——網(wǎng)側(cè)三相電壓；ia、ib、ic——網(wǎng)側(cè)逆變器三相電流；R、L——網(wǎng)側(cè)電阻和電感;C——直流側(cè)電容。

對式(5)進行坐標(biāo)變換,可得d、q坐標(biāo)系下的網(wǎng)絡(luò)側(cè)逆變器模型為

(6)

式中:udg、uqg——電網(wǎng)電壓的d、q軸分量;idg、iqg——電網(wǎng)電流的d、q軸分量;ud、uq——網(wǎng)側(cè)逆變器的d、q軸電壓分量;Sd、Sq——d、q軸逆變器開關(guān)函數(shù)。

2.3　控制器模型

綜合發(fā)電系統(tǒng)機側(cè)控制目標(biāo)是分別實現(xiàn)3種能量的最大功率跟蹤,電網(wǎng)側(cè)控制目標(biāo)是維持直流母線電壓和網(wǎng)側(cè)電壓恒定。近海風(fēng)電和潮流能發(fā)電采用直驅(qū)永磁同步發(fā)電機,其機側(cè)控制器結(jié)構(gòu)見文獻[20-22]。下面以波浪能發(fā)電系統(tǒng)為例,分別介紹其機側(cè)和網(wǎng)側(cè)的控制器模型。

圖3　LPMG發(fā)電機側(cè)及網(wǎng)側(cè)詳細模型控制器結(jié)構(gòu)Fig.3　Structure of controllers on generator side and line side in detailed model of LPMG

其網(wǎng)側(cè)控制器目標(biāo)是維持網(wǎng)側(cè)電壓及直流母線電壓恒定,發(fā)電機側(cè)控制器的控制目標(biāo)是波浪能的最大功率跟蹤以及發(fā)電機損耗最小,一般令控制器電流環(huán)參考值為

(7)

(8)

DDPMG控制器結(jié)構(gòu)與LPMG類似。其發(fā)電機側(cè)控制目標(biāo)一方面是實現(xiàn)最大功率跟蹤,另一方面使得發(fā)電機損耗最小;網(wǎng)側(cè)控制目標(biāo)是維持網(wǎng)側(cè)電壓和直流電容電壓恒定。

3綜合發(fā)電系統(tǒng)的相量模型

相量模型忽略電力電子器件的開關(guān)特性,將綜合發(fā)電系統(tǒng)通過帶內(nèi)阻的可控電流源接入電網(wǎng)。相量模型采用相量法進行仿真計算,只關(guān)注特定頻率(本文為60 Hz)下系統(tǒng)電壓和電流的幅值和相角變化,因此不再像詳細模型中需要求解全部的微分方程,而只需求解關(guān)于電壓、電流相量的代數(shù)方程,大大縮短了仿真時間,從而使相量模型更適用于在長時間段內(nèi)(幾十秒到幾分鐘)模擬系統(tǒng)機電振蕩。

就模型方程而言,相量模型中的發(fā)電機模型、控制器結(jié)構(gòu)均與詳細模型中類似。但對于電力電子變換器及底層PWM控制模塊,由于機電暫態(tài)時間常數(shù)遠大于電力電子器件的開關(guān)周期,因此在搭建相量模型時,可以忽略器件的開關(guān)特性及底層PWM控制模塊,而只考慮變流器的功率平衡和直流電容的動態(tài)。

3.1　綜合發(fā)電系統(tǒng)電力電子變換器模型

相量模型中,綜合發(fā)電系統(tǒng)直流側(cè)僅考慮發(fā)電機側(cè)整流器與電網(wǎng)側(cè)逆變器的功率平衡,方程可以寫為

(9)

其中

式中：Ps——風(fēng)力發(fā)電機、波浪能發(fā)電機以及潮流能發(fā)電機定子側(cè)輸出有功功率之和;Pg——網(wǎng)側(cè)逆變器的有功功率;Pdc——并聯(lián)電容器的有功功率；Pwind、PAWS、Ptidal——風(fēng)力發(fā)電機、波浪能發(fā)電機以及潮流能發(fā)電機機側(cè)的有功功率,其分別由各發(fā)電機模型方程及機側(cè)控制器等效計算得到。

從式(9)可以看出,相量模型的電力電子變換器模塊只考慮功率平衡方程以及中間直流電容的動態(tài)。

3.2　綜合發(fā)電系統(tǒng)相量模型結(jié)構(gòu)

以波浪能發(fā)電系統(tǒng)為例,包含控制器的發(fā)電機側(cè)的相量模型結(jié)構(gòu)如圖4所示。從圖4可以看出,相量模型中不包含詳細的電力電子開關(guān)器件,而是將機側(cè)控制器的輸出直接作為發(fā)電機的d、q軸電壓輸入。

圖4　LPMG相量模型發(fā)電機側(cè)模型結(jié)構(gòu)Fig.4　Schematic diagram of controller on generator side in phasor model of LPMG

包含控制器的波浪發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)相量模型結(jié)構(gòu)如圖5所示,其控制目標(biāo)與詳細模型中相同,即維持網(wǎng)側(cè)電壓和直流電容電壓恒定。其中,直流電容電壓udc由式(9)計算得到;逆變器交流側(cè)電壓ud、uq由網(wǎng)側(cè)控制器模型計算得到;接入點電壓的d、q軸分量udg、uqg由測量采集系統(tǒng)測得綜合發(fā)電系統(tǒng)接入點電壓后,通過坐標(biāo)變換計算得到。再根據(jù)如圖6所示的三相R-L串聯(lián)等效支路,可以計算出綜合發(fā)電系統(tǒng)實際輸入到電網(wǎng)的三相電流,從而可以通過可控電流源接入電網(wǎng)。圖6中,u為逆變器交流側(cè)電壓,ug為網(wǎng)側(cè)接入點電壓,i為R-L支路電流。

圖5　相量模型網(wǎng)側(cè)變換器結(jié)構(gòu) Fig.5　Structure of converter on line side in phasor model

圖6　網(wǎng)側(cè)R-L等效支路Fig.6　Equivalent R-L branch on line side

42種模型的仿真對比

為了對近海可再生能源綜合發(fā)電系統(tǒng)的詳細模型和相量模型進行對比,在Matlab/Simulink平臺下,分別搭建了2種模型,并保持2種模型中各參數(shù)值一致。

以單機無窮大系統(tǒng)為研究對象,系統(tǒng)包括無窮大母線、變壓器、負(fù)荷以及由近?？稍偕茉淳C合發(fā)電系統(tǒng),其示意圖如圖7所示,系統(tǒng)仿真參數(shù)詳見文獻[16]。

圖7　單機無窮大系統(tǒng)示意圖Fig. 7　Configuration of single-machine infinite bus (SMIB)

4.1　風(fēng)速變化時的仿真對比

設(shè)風(fēng)速在4 s時由10 m/s斜坡上升至11 m/s;由于潮流流速相對穩(wěn)定,在短時間內(nèi)可視為恒定,故潮流流速設(shè)為2.5 m/s;波浪的波高設(shè)為正弦波,從而AWS波浪能發(fā)電裝置輸出有功功率也近似為正弦波。詳細模型和相量模型的系統(tǒng)總輸出有功功率如圖8所示。

圖8　 風(fēng)速變化時的有功功率曲線Fig. 8　Curves of active power under wind speed disturbance

從圖8可以看出,在風(fēng)速變化時,不管是相量模型還是詳細模型,系統(tǒng)的輸出功率均能夠跟蹤輸入信號的變化,且最終輸出功率保持一致。但在仿真耗時上詳細模型比相量模型耗時更久。

4.2　電網(wǎng)故障下的仿真對比

4.2.1小擾動

在如圖7所示的單機無窮大系統(tǒng)中,5 s時在無窮大電源處設(shè)置電壓跌落15%,0.15 s后電壓恢復(fù)。仿真時設(shè)置風(fēng)速和潮流流速恒定,分別為10 m/s和2.5 m/s,波浪波高設(shè)為正弦波。詳細模型和相量模型的端口電壓、直流電容電壓、有功功率、無功功率曲線如圖9所示。從圖9中可以看出,在無窮大電源電壓擾動時,詳細模型和相量模型動態(tài)響應(yīng)基本吻合。此外,相量模型的曲線比較平滑,而詳細模型曲線有高頻波動。其原因是因為詳細模型中考慮了電力電子變換器的開關(guān)特性及動態(tài),使得其波形中具有相應(yīng)的高頻分量,而相量模型只考慮電力電子變換器中直流電容的動態(tài),忽略了器件的開關(guān)特性及動態(tài)。

圖9　無窮大電源擾動下動態(tài)響應(yīng)曲線Fig. 9　Dynamic response curves with disturbance of infinite power supply

4.2.2大擾動

在如圖7所示的單機無窮大系統(tǒng)中,4 s時線路line1中點處設(shè)置三相接地短路,0.15 s后故障切除,故障時接地電阻5Ω。詳細模型和相量模型的動態(tài)響應(yīng)如圖10所示。從圖10中可以看出,在三相接地短路故障下,詳細模型和相量模型的動態(tài)響應(yīng)有區(qū)別,但總體趨勢基本一致。對比圖9和圖10可以看出,大擾動下,詳細模型和相量模型的動態(tài)響應(yīng)差異要比小擾動下的差異大。

圖10　三相接地短路故障下的動態(tài)響應(yīng)曲線Fig. 10　Dynamic response curves with three-phase short-circuit fault

5結(jié)語

以一種近?？稍偕茉淳C合發(fā)電系統(tǒng)為例,在Matlab/Simulink平臺下,對詳細模型和相量模型進行了對比分析。在定性分析2種模型的區(qū)別之后,分別在風(fēng)速變化時以及電網(wǎng)擾動故障下,對詳細模型和相量模型進行了仿真對比。仿真結(jié)果顯示,詳細模型和相量模型的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)響應(yīng)情況均相似,差別不明顯。因此可以根據(jù)實際研究需要,選用合適的模型。如研究短時間內(nèi)的電磁暫態(tài)、諧波和電能質(zhì)量等問題,則采用詳細模型;而研究較長時間段內(nèi)的機電暫態(tài)過程等,則采用相量模型。

參考文獻：

[1] 游亞戈, 李偉, 劉偉民, 等. 海洋能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2010, 34(14): 1-12. (YOU Yage, LI Wei, LIU Weimin, et al. Development status and perspective of marine energy conversion systems[J]. Automation of Electric Power Systems, 2010, 34(14): 1-12.(in Chinese))

[2] BOOKMAN T.Wind energy’s promise, offshore[J]. IEEE Technology and Society Magazine,2005,24: 9-15.

[3] 邢作霞, 鄭瓊林, 姚興佳. 近海風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀及展望[J].電機控制與應(yīng)用, 2005, 32(9): 55-60. (XING Zuoxia, ZHENG Qionglin, YAO Xingjia. Some prospectives of offshore wind power technology[J]. Electric Machines & Control Application, 2005, 32(9): 55-60.(in Chinese))

[4] 王志新, 王承民, 艾芊， 等. 近海風(fēng)電場關(guān)鍵技術(shù)[J]. 華東電力, 2007, 35(2):37-41. (WANG Zhixin, WANG Chengmin, AI Qian, et al. Key technology for offshore wind farms[J]. East China Electric Power, 2007, 35(2): 37-41.(in Chinese))

[5] 仲穎, 鄭源, 劉美琴, 等. 我國東南沿海海上風(fēng)電場建設(shè)的探究[J].可再生能源, 2010, 28(3): 140-144. (ZHONG Ying, ZHENG Yuan, LIU Meiqin, et al. Study on the construction of the offshore wind farm ASSY in the southeast coast of China[J]. Renewable Energy Resources, 2010, 28(3): 140-144.(in Chinese))

[6] 雷亞洲. 與風(fēng)電并網(wǎng)相關(guān)的研究課題[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2003, 27(8): 84-89. (LEI Yazhou. Studies on wind farm integration into power system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2003, 27(8): 84-89.(in Chinese))

[7] 遲永寧, 王偉勝, 戴慧珠. 改善基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機的并網(wǎng)風(fēng)電場暫態(tài)電壓穩(wěn)定性研究[J]. 中國電機工程學(xué)報, 2007, 27(25):25-31. (CHI Yongning, WANG Weisheng,Dai Huizhu. Study on transient voltage stability enhancement of grid-connected wind farm with doubly fed induction generator installations [J]. Proceedings of the CSEE, 2007, 27(25): 25-31.(in Chinese))

[8] 王志新, 李響, 艾芊, 等.海上風(fēng)電柔性直流輸電及變流器技術(shù)研究[J]. 電力學(xué)報, 2007, 22(4): 413-417. (WANG Zhixin, LI Xiang, AI Qian, et al. Research on offshore wind energy flexible direct current transmission and converter technology[J]. Journal of Electric Power, 2007, 22(4): 413-417.(in Chinese))

[9] CLEMENT A, MCCULLEN P, FALCAO A, et al. Wave energy in Europe: current status and perspectives[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2002, 6(5): 405-431.

[10] de SOUSA P M, GARDNER F, DAMEN M, et al. Modeling and test results of the Archimedes wave swing [J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part A:Journal of Power and Energy, 2006, 220(8): 855-868.

[11] 吳必軍, 鄧贊高, 游亞戈. 基于波浪能的蓄能穩(wěn)壓獨立發(fā)電系統(tǒng)仿真[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2007, 31(5): 50-56. (WU Bijun, DENG Zangao, YOU Yage. Simulation of pressure-maintaining storage isolated generating system based on wave energy[J]. Automation of Electric Power Systems, 2007, 31(5): 50-56.(in Chinese))

[12] BAHAJ A, BATTEN W, MCCANN G. Experimental verifications of numerical predictions for the hydrodynamic performance of horizontal axis marine current turbines [J]. Renewable Energy, 2007, 32(15): 2479-2490.

[13] 馬舜, 李偉, 劉宏偉, 等. 25 kW獨立運行式水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2010, 34(14): 18-22. (MA Shun, LI Wei, LIU Hongwei, et al. A 25kW stand-alone horizontal axis tidal current turbine [J]. Automation of Electric Power Systems, 2010, 34(14): 18-22.(in Chinese))

[14] 王剛, 歷文超, 王樹杰, 等. 潮流能發(fā)電機組控制系統(tǒng)開發(fā)[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2010, 34(14): 23-26. (WANG Gang, LI Wenchao, WANG Shujie, et al. Development of tidal current generator sets control system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2010, 34(14): 23-26.(in Chinese))

[15] MOHAMMAD L R, YASUYUKI S. Hybrid offshore-wind and tidal turbine (HOTT) energy conversion I (6-Pulse GTO rectifier and inverter) [C]// IEEE International Conference on Sustainable Energy Technologies. Singapore: IEEE, 2008: 650-655.

[16] 秦川, 鞠平, 聞丹銀, 等. 近海可再生能源綜合發(fā)電的系統(tǒng)構(gòu)建與并網(wǎng)方式[J]. 中國電機工程學(xué)報,2014, 34(13): 2013-2021. (QIN Chuan, JU Ping, WEN Danyin, et al. Hybrid offshore wind, wave and tidal turbine energy conversion system: structure and electrical interface[J].Proceeding of the CESS, 2014, 34(13): 2013-2021.(in Chinese))

[17] 周兆慶,陳星鶯. MATLAB電力系統(tǒng)工具箱在電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真中的應(yīng)用[J]. 電力自動化設(shè)備,2005,25(4):51-54.

(ZHOU Zhaoqing, CHEN Xingying. Application of SPS in power system electromechanical transient simulation[J]. Electric Power Automation Equipment, 2005,25(4):51-54.(in Chinese))

[18] 吳峰, 鞠平, 秦川, 等. 近?？稍偕茉窗l(fā)電研究綜述與展望[J]. 河海大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版, 2014, 42(1): 80-87. (WU Feng, JU Ping, QIN Chuan, et al. Progress and prospect of research on offshore renewable energy generation[J].Journal of Hohai University:Natural Sciences,2014, 42(1): 80-87.(in Chinese))

[19] FENG W, XIAOPING Z, PING J, et al. Modeling and control of AWS based wave energy conversion system integrated into power grid [J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2008, 23(3): 1196-1204.

[20] FENG W, XIAOPING Z, PING J, et al. Optimal control for AWS-Based wave energy conversion system[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2009, 24(4): 1747-1755.

[21] M’ONICA C, SANTIAGO A, JUAN C B. Control of permanent-magnet generators applied to variable-speed wind-energy systems connected to the grid [J]. IEEE Transactions Energy Convers, 2006, 11(3): 130-135.

[22] 鞠平. 電力系統(tǒng)建模理論與方法[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2010: 326-330.

Comparison of models of hybrid offshore renewable energy generation system

QIN Chuan1, WEN Danyin2, JU Ping1, WU Feng1

(1.CollegeofEnergyandElectricalEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;

2.StateGridTaizhouPowerSupplyCompany,Taizhou225300,China)

Abstract:The electric topological structure of a hybrid offshore renewable energy generation system, including offshore wind, wave, and tidal power generations, is described. Using this system as an example, a detailed model and phasor model based on the Matlab/Simulink platform were built. On the basis of a qualitative analysis of the differences in these two models, simulations were carried out with different wind speeds and power grid disturbance faults. Time-domain simulation results show that the tendency of steady and dynamic responses of the detailed model and phasor model are similar; the simulation time is longer when using the detailed model, and the simulation curves contain high-frequency components; and, with the phasor model, the simulation time is shorter, and the simulation curves are relatively smooth.

Key words:hybrid offshore renewable energy generation system; offshore wind power; wave power generation; tidal power generation; detailed model; phasor model

中圖分類號：TM743

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-1980(2015)06-0574-08

作者簡介：秦川(1981—),男,江蘇靖江人,講師,博士,主要從事電力系統(tǒng)建模與控制研究。E-mail:cqin@hhu.edu.cn

基金項目：國家自然科學(xué)基金 (51137002,51407060);江蘇省自然科學(xué)基金(BK2011026)

收稿日期：2014-12-13

DOI：10.3876/j.issn.1000-1980.2015.06.012