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佛得角共和国风电场的经济分析与技术研究

作　者: 路易斯
导　师: 康勇；张宇
学　校: 华中科技大学
专　业: 电气工程
关键词: 大规模集成风电电网稳定性 MATLAB/Simulink(?) 阵风短路静止无功补偿器STATCOM 发电成本温室气体排放
分类号: F416.61
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,全世界都面临着诸如化石燃料短缺、石油价格飞涨、气候变化等问题。新能源发电已经成为许多国家解决这一问题的重要手段之一。出于经济性的考虑,在电网中引入大型风力发电系统更具吸引力,但高渗透率的电力系统稳定性等技术难题限制了风力发电系统的普及。在佛得角共和国,能源需求在过去几年中持续增长,但绝大部分的石油依赖于从国外以很高的价格进口,这使得基于可再生能源的分布式发电系统越发受到重视。佛得角共和国的各个群岛上风力资源丰富,风力发电系统成为岛上最有前途的可再生能源发电技术。目前,基于风力发电的大规模并网发电项目正在实施中。为了检查电力系统在高渗透率风电场接入时所存在的问题,电网运营商必须对风力发电系统接入电网之前使用仿真分析的方法对电力系统进行研究。佛得角共和国的首都圣地亚哥岛的电力系统包括9.35MW风力发电系统和36MW柴油机发电厂。本文将该电力系统作为个案开展研究,首先对电力系统进行了基于发电成本、燃料进口减少量和温室气体排放量估计的经济性评估,将结果与传统的柴油发电进行了比较。结果显示风力发电系统发电成本低,能减少燃料的进口,降低温室气体的排放,是佛得角的一个很好的选择。本文基于Matlab/Simulink(?)中的SimPowerSystems相量模型建立了风力发电机组、双馈异步发电机、柴油发电机、传输线、电力电子变换器和STATCOM等的详细模型。针对三相电力电子变换器,本文建立了基于dq0坐标系的控制系统仿真模型,给出了风力发电系统基于电力电子变换器的控制和保护系统,并对其进行了详细的测试和分析。本文基于Matlab/Simulink(?)对圣地亚哥岛的电力系统进行建模和仿真研究。分析了电力系统分别在阵风条件下和输电线短路时的稳定性和运行情况,并考虑了无功功率补偿器STATCOM的影响。仿真结果显示,当风力发电厂处于稳定的阵风环境中时,电力系统运行稳定。然而,在输电线出现短路的情况下风力发电机组将可能关闭。STATCOM保证了风力发电系统能够良好地接入电网,这种情况下,电力电子变换器表现出了优异的性能。本文通过仿真测试了带STATCOM的电网稳定性。仿真结果显示,STATCOM能在短路的情况下提高风电场并入电力系统后的稳定性.

全文目录

Abstract  5-7
摘要  7-9
Resumo  9-11
Acknowledgements  11-12
List of Publications  12-16
1 Introduction  16-26
  1.1 Background and Motivations  19-20
  1.2 Literature Review  20-23
  1.3 Proposes of the Thesis  23-24
  1.4 Thesis Outline  24-26
2 Cape Verde:The Case Study  26-32
  2.1 Country Profile  26-27
  2.2 Electricity Generation  27-28
  2.3 Renewable Energies Potential  28-29
  2.4 Wind Farm Project  29-32
3 Wind Power System  32-60
  3.1 Introduction  32-34
  3.2 Basic Concepts of Wind Turbine  34-39
  3.3 Wind Turbine Technology  39-42
  3.4 Electrical Generator  42-44
  3.5 Wind Turbine DFIG  44-48
  3.6 Grid-Connected Wind Power  48-60
4 Economic Study  60-65
  4.1 Introduction  60
  4.2 Viability of Wind Power  60-65
5 Power System Stability  65-85
  5.1 Introduction  65
  5.2 Definition and Classification  65-68
  5.3 Steady State Stability  68-71
  5.4 Transient Stability  71-73
  5.5 Voltage Stability  73-76
  5.6 Wind Power Effect  76-78
  5.7 Wind Gust Effect  78-79
  5.8 Short Circuit Effect  79-85
6 Stabilization of Power System  85-97
  6.1 Introduction  85
  6.2 Use of Wind Turbine DFIG  85-86
  6.3 Hybrid Wind-PV-Storage System  86-91
  6.4 STATCOM  91-97
7 Models of Power System  97-120
  7.1 Introduction  97-98
  7.2 Park Transformation Method  98-99
  7.3 Models of Basic Components  99-103
  7.4 Models of Wind Turbine DFIG  103-114
  7.5 Models of others Electrical Components  114-120
8 Simulation of Power System  120-131
  8.1 Introduction  120-121
  8.2 Modeling in Simulink  121-126
  8.3 Wind Farm in Simulink  126-131
9 Methodology of Research Work  131-155
  9.1 Economic Study  131-132
  9.2 Technical Study  132-144
  9.3 Converter Study  144-149
  9.4 Case Studies of Power System  149-155
10 Results and Discussions  155-181
  10.1 Economic Study  155-156
  10.2 Converter Study  156-157
  10.3 Case Studies of Power System  157-181
11 Conclusions  181-185
  11.1 Economic Study  181
  11.2 Converter Study  181
  11.3 Case Studies of Power System  181-184
  11.4 Final Conclusions  184-185
12 Suggestions for Future Works  185-186
References  186-195
List of Symbols  195-197
List of Figures  197-204
List of Tables  204-205
Appendices  205-212

佛得角共和国风电场的经济分析与技术研究

内容摘要

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