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考虑风速随机性的风电场电压相关问题的研究

作　者: 周志飞
导　师: 马瑞
学　校: 长沙理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 风力发电动态电压崩溃指标静止无功补偿器静止同步补偿器超导储能装置双馈异步发电机四分法风速
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 1次
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内容摘要

面临日益突出的能源和环境问题,人们越来越重视开发和利用可再生资源。风能发电作为一种较为成熟的可再生能源利用方式得到快速发展,风电在电网中的比例不断增加。由于风电接入电网改变了原有的潮流分布,使得电网的电压稳定性和暂态稳定性都会发生变化。而且,风速的随机性和间断性导致风电场输出功率的波动性,给风电系统的电压质量等造成严重的影响,导致局部电压水平降低,成为制约风电场发展的重要因素。本文针对风电场接入电网的稳定性问题进行了研究,主要研究内容包括:(1)建立四分法划分的风速模型和简化的风力发电系统的传输线路模型,考虑双馈异步风力发电机的转差率和风电机注入系统的功率的随机性,推导出动态电压崩溃指标。然后考虑风电系统接入静止无功补偿器,从而提高了系统电压崩溃预防能力。该指标为划分电压薄弱区域或易发生电压崩溃的区域和实时稳定控制提供了理论依据。(2)在介绍了静止同步补偿器的基本电路结构、工作原理及其数学模型和控制策略基础上,研究在风速和三相短路故障扰动下,对比仿真含6台双馈感应风力机的风电场算例接入静止同步补偿器的前后两种情况,验证了该装置能够有效地提高风电场的电能质量和稳定性。(3)针对超导储能装置的基本结构,工作原理和数学模型,合理设计功率解耦的比例–积分–微分超导磁储能控制器来抑制功率波动,从而平滑风电场的输出功率。最后对含6台单机容量为1500kW的双馈感应风力发电机组成的风电场进行仿真研究,结果表明超导储能装置能在一定程度上提高风电场的暂态稳定性。本文以配电网系统中接入单台风力发电机和含6台风力机的风电场为例进行仿真分析,仿真结果表明了该方法的有效性和实用性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-18
  1.1 课题背景及意义  11-12
  1.2 世界风电发展的历史和现状  12
  1.3 我国风电发展历史和现状  12-13
  1.4 风力发电并网所带来的问题  13-15
    1.4.1 潮流问题  13-14
    1.4.2 对稳定性的影响  14
    1.4.3 影响电能质量的问题  14
    1.4.4 风力发电场的规模问题  14-15
    1.4.5 对保护装置的影响  15
    1.4.6 其他方面的影响  15
  1.5 电力系统的电压稳定性  15-16
    1.5.1 电压稳定性的定义  15
    1.5.2 电压稳定分类和分析方法  15-16
      1.5.2.1 静态分析方法  16
      1.5.2.2 动态分析方法  16
  1.6 风力发电系统的电压稳定研究现状  16-17
  1.7 本文主要内容和工作  17-18
第二章考虑风速特性的动态电压崩溃指标  18-31
  2.1 引言  18
  2.2 风速的数学模型  18-19
  2.3 空气动力学模型  19-20
  2.4 风力机传动部分的数学模型  20
  2.5 双馈异步发电机的简介  20-24
    2.5.1 双馈异步发电机的基本原理和结构  20-21
    2.5.2 双馈感应电机简化的数学模型  21-23
    2.5.3 功率传递关系  23-24
  2.6 静止无功补偿器的模型  24-25
  2.7 基于四分法风速模型的动态电压崩溃指标  25-26
  2.8 算例仿真及结果分析  26-30
    2.8.1 算例仿真  26-27
      2.8.1.1 恒定风速  27
      2.8.1.2 四分法划分的风速  27
    2.8.2 仿真结果分析  27-30
  2.9 本章小结  30-31
第三章基于静止同步补偿器的风电场暂态扰动下的电压恢复  31-43
  3.1 引言  31-32
  3.2 STATCOM 的基本电路结构和工作原理  32-33
  3.3 STATCOM 的数学模型  33-37
    3.3.1 STATCOM 的暂态数学模型  33-35
    3.3.2 STATCOM 的稳态数学模型  35-37
  3.4 STATCOM 在电网中的作用  37-38
    3.4.1 提高功率因数  37-38
    3.4.2 调节系统电压  38
  3.5 STATCOM 的控制策略  38
  3.6 算例分析  38-42
    3.6.1 阵风扰动下风电场的输出  39
    3.6.2 随机风和三相短路故障扰动下风电场的输出  39-42
  3.7 小结  42-43
第四章基于超导储能装置的风电场的有功和无功功率波动的抑制  43-53
  4.1 引言  43
  4.2 超导储能的基本结构和工作原理  43-45
  4.3 超导储能装置的数学模型  45-48
  4.4 超导储能装置的控制策略  48-50
    4.4.1 PID 控制  48-49
    4.4.2 SMES 的有功和无功的控制  49-50
  4.5 算例仿真与分析  50-52
  4.6 小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-59
致谢  59-60
附录 A （攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目）  60-61
附录 B 算例仿真模块图  61-62

考虑风速随机性的风电场电压相关问题的研究

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