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异步风机运行特性及并影响研究

作　者: 刘石川
导　师: 张建华；刘晓芳
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 电机与电器
关键词: 风资源评估风电机组运行特性电压稳定性谐波
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在能源和环境问题日益严峻的情形下,风力发电凭借其绿色环保、资源丰富、成本低廉、技术成熟等优势成为目前世界上发展最快的新能源发电技术。作为衡量一个地区能否开发风力发电的重要环节,风资源评估为风电场微观选址及经济评价提供了依据,所以有必要对风资源评估进行研究。同时,风能的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也是波动的,出力的波动以及其他一些因素都会对电网和风电机组的电压稳定性造成影响,而且大量的非线性换流装置存在于风力发电系统中,风机在向电网输送有功的同时也会影响到电网的电能质量。所以,研究风电机组在电网中的运行特性及接入电网后产生的影响就很有意义。本文主要进行了以下几个方面的研究工作：首先,对风能资源评估进行了研究,介绍了Weibull参数估计的三种方法,使用张北气象站测风资料在风能特征指标计算上对这三种方法和实际统计数据进行比较,得出极大似然估计法具有高精度的优点。最后利用预计发电量和净现值估算来分析Weibull参数对经济性的影响,结果证明了Weibull参数估计对于风电场经济效益评估有着重要的作用。其次,建立了风电机组的数学模型和风速模型,以PSCAD/EMTDC为平台,实现了“定桨距控制+鼠笼异步电机”模式和双馈模式风力机组的暂态仿真。详细介绍了这两类风力机组的并网方式、运行工况及风速变化、三相短路的暂态特性。通过这两种机型的运行特性分析,明确了未来风机发展的趋势。第三,通过一个由“定桨距控制+鼠笼异步电机”模式风力机组组成的10MW小型风电场接入电网来分析风速变化、线路参数变化、负荷接入与否、有无动态无功补偿等情况对风电场及传输线路造成的电压波动。最后,分析了双馈风机并网运行引起的谐波机理,说明谐波污染主要来自于双馈型风机,并以广东惠来关山风电场为实际算例,运用国标中的谐波电压畸变率限值、谐波电压总畸变率、谐波电流限值等指标对该风场电能质量进行评估。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题的背景及研究意义  10
  1.2 风力发电发展概况  10-12
    1.2.1 国外风力发电发展概况  10-11
    1.2.2 国内风力发电发展概况  11-12
  1.3 风资源评估研究现状  12-13
  1.4 风力发电并网运行研究现状  13-15
  1.5 论文主要工作  15-16
第2章风资源评估  16-27
  2.1 风能特性拟合模型  16-18
  2.2 Weibull参数估计方法  18-20
    2.2.1 极大似然估计法  18-19
    2.2.2 最小二乘估计法  19
    2.2.3 均值和方差估计法  19-20
  2.3 风能特征指标  20-21
  2.4 风资源评估算例  21-26
    2.4.1 气象站风速数据  21-22
    2.4.2 参数估计及风能特征指标计算  22-23
    2.4.3 Weibull参数对经济性的影响  23-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章风力发电系统模型  27-41
  3.1 风力发电仿真软件介绍  27
  3.2 风速四分量模型  27-30
  3.3 风轮模型  30-32
  3.4 传动部分模型  32-34
  3.5 异步发电机模型  34-37
    3.5.1 鼠笼型异步发电机模型  34-36
    3.5.2 双馈型异步发电机模型  36-37
  3.6 风机控制模型  37-39
    3.6.1 恒速恒频风机控制模型  37-38
    3.6.2 变速恒频风机控制模型  38-39
  3.7 本章小结  39-41
第4章风力机组运行特性分析  41-58
  4.1 风力机组理想运行特性  41-42
  4.2 恒速恒频风力机组  42-49
    4.2.1 风机特点及原理  42-43
    4.2.2 风机运行特性  43-49
  4.3 变速恒频风力机组  49-56
    4.3.1 风机特点及原理  49-51
    4.3.2 风机运行特性  51-56
  4.4 本章小结  56-58
第5章风力机组接入电网的影响研究  58-70
  5.1 恒速恒频风机并网电压稳定性的研究  58-64
    5.1.1 并网风电场电压稳定性  58-60
    5.1.2 算例系统及分析  60-64
  5.2 双馈风机注入电网谐波评估  64-69
    5.2.1 谐波机理及评估方法  64-66
    5.2.2 算例系统及分析  66-69
  5.3 本章小结  69-70
第6章结论与展望  70-72
参考文献  72-75
攻读硕士学位期间发表的论文  75
攻读硕士学位期间参加的科研工作  75-76
致谢  76

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