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风电场并网运行对电力系统影响的仿真分析
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2018-12-19
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风电并网技术分析的论文,不错,可以作为参考。 对电力系统的影响作了详细的仿真分析。
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摘 要
摘 要
近年来,风能作为一种可再生的绿色能源,受到了广泛地关注.随着我国
风电事业的不断发展,风电场规模的不断扩大,大型风电场并网运行对电网造
成的影响也越来越大,成为制约风电场建设规模的严重障碍。因此深入分析风
电场与电网并网的影响,成为进一步开发风能所迫切需要解决的问题。
本文首先分析了国内外风力发电的发展和现状,风力发电的特点以及目前
面临的一些技术问题。阐述了风力发电的基本原理,风力发电的并网方式以及
并网对电力系统所造成的冲击。对我国目前应用的恒速恒频风力发电系统和变
速恒频风力发电系统的运行特点进行了详细的比较,可以看出变速恒频风力发
电系统具有更显著的优越性和更广阔的应用前景。
然后,本文建立了一系列基于双馈型异步风力发电机的风力发电系统的动
态数学模型,主要包括风速模型、风力机模型、双馈型异步风力发电机模型等。
通过模型的建立,分析了大规模风电场并网的运行特性,探讨了并网风电场与
电网之间的相互影响,特别是对系统稳定性和电能质量的影响。
最后,本文通过所建立的风力发电系统数学模型,在 MATLAB/5而ulink 仿
真环境下实现了大型风电场与系统并网的风力发电系统动态仿真。对系统运行
中出现的几种情况进行了深入地分析研究,其中包括风速变化、负荷扰动、系
统发生单相接地和三相短路故障时对电网和风电场各节点的电压波动、电流波
动以及引起的功率变化。通过分析仿真结果可以看出,采用双馈型异步风力发
电系统具有良好的稳定性。
关键词:风力发电,双馈型异步风力发电机,并网,动态仿真,
AbstraCt
ABSTRACT
Windpower asakindofrene wablegreenpowerresource shasbeen receiVed
extensiveatteniioninthe recentyears.Withthe develoPmentof诫nd industryin
ChinaandtheexPans ionofthe scaleofwindfa叮ns,the infiuencebroughtbylarge
侧ndfarI11sconn ectedtopowersystemsbaSbecomegreaterandgrealer,whichhas
becomeagre atobslacletothe丘时herutilizationofthewind resourc e.There fore,the
researehonthe而Pactof初ndfarm conne ctedtoPower systems isanimpedantissue
thatshouldbesolvedurgently.
Firstl%the developmentandrecent status of初nd Powerinthe wor ldandin
China,thecharacteristicsandsometec俪calProblemsofwindpower are analyzedin
thisPaper.Thepnncipleofwindpower,the contr0lmethods ofthe windfan11
connectedtoPOwersystemsandthe而Pactionofthew石ldPowertothegridare
stUdied.T五eOPeratingcharac teristicsofwindPower generatingSystemS 俪th
const.speedandconst一frequentaswellasvariant.speedconst‘frequencyusedinour
country are comParedinde面1厂1llzough thecomPariso氏we can seethatthe 诫nd
power systemwithvan ant一sPeedconst.frequencyshows theobvioussuPenorityand
wide叩nlication foreground.
SecondIy,aseriesofdynamicmathematicsmodeIsof雨nd tUrbinegenerator
basedon the doubly一fedinductionwind power systemare set,including 诫ndsPeed
model,初ndturbine modelanddoubly一fedinductiongeneratOrmodelandso on.
们比。ugh whlch,the functioncharacteristicsof1argeghd一colme ctedwindfamlare
ana lyzed,andthe interactionsof嫩ndPowerandthegh氏esPeciallytothe stability
andsupPlyqualltyofthe powersystem,areresearched·
Flnally,takingthe large幼d-conne ctedwind farI11withtheu!ili而tedpower
systemforexam Ple,thesimulationisdevelopedusingMAYLAB/5而ulink toolsby
the dynamicmathematicsmodels.T11isPaperana lysesindePth theimPaCts0f
grid-connected嫩nd fanll,including windsPeeding changes,load distt叮bs,single
Pllase一to一乎。朋dandlhreeph韶es一to一gro undfaultswhichbringvo】tage,cu汀即tand
power fluctuation tothe ghdandwindfarI11term1na1s.Itisshown thatdoubly一fed
inductionwind加wer systemllas即odstability.
Key W0rds: 珊nd power generatio几 Doubly一fed induction gener alor,
Gtid一。Ime cted,Dyn田刀Ics诚ulation,MATLAB
学位论文独创性声明
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第 1章 绪论
第 1章 绪论
1.1课题的背景和意义
随着工业的飞速发展,世界能源日益枯竭,环境不断恶化。人们的环保意
识和危机感不断加强,各国政府纷纷制定新的能源政策,给风能、太阳能、潮
汐能、地热能等再生能源的发展带来了新的契机。这一浪潮正在重新塑造着电
力工业,使电力工业在可持续发展的能源工业中面临新的机遇和挑战。风力发
电作为一种重要的可再生能源形式,越来越受到人们的广泛关注 。由于近年来
风力设备制造技术的日趋成熟和风电价格的逐步降低,无论是发达国家还是发
展中国家都在大力发展风力发电。
由于我国长期发电结构不合理,火电所占比例过大,由此带来日益严重的
燃料资源缺乏和环境污染问题。因此,从能源发展战略来看,我国必须寻求一
条可持续发展的能源道路。同时世界能源结构也将进入大变革时期,二十一世
纪将是清洁可再生能源发展的世纪。
除了水电以外其他可再生能源中,风能发电在技术上日趋成熟,商业化应
用不断提高,是近期内最具有大规模开发利用前景的可再生资源。经济性方面,
风力发电成本不断降低,同时常规能源发电由于环保要求增高使得成本进一步
增加,而且随着技术的进步,风力发电的成本将有进一步降低的巨大潜力。因
此,在各种可再生能源利用中,风能具有很强的竞争力,成为电力系统中增长
速度最快的新能源。特别是自加 世纪 80 年代以来,空气动力学、尖端航天技
术和大功率电力电子技术应用于新型风力发电机组的开发研制,风力发电在短
短的几十年内有了长足的进步和发展。这使得大、中型风力发电场并网容量增
长迅猛,对常规电力系统的运行造成的影响逐步扩大,由此提出了一系列值得
关注和研究的问题。
发展风力发电等可再生能源对于保护环境、改善能源结构等有着重要的战
略意义,已经成为人们的共识。从世界能源发展趋势看,世界能源消耗量从1970
年的83亿吨标准煤到1995年140亿吨标准煤,增长了68.7%,预计到2020 年
将达到195亿吨标准煤,50年增长1.35倍.尽管到2020年石油、煤、天然气、
核能仍然是能源供应的主力,但风力发电等可再生能源以及其它新能源的发展
第 1章 绪论
令人瞩目,从1970年的约13.8亿吨标准煤发展到1995年的302亿吨标准煤,
增长了1.19倍,预计到2020年将达到40.9亿吨标准煤,50年将增长 1,%倍,
届时风力发电等可再生能源将在能源结构中占 21%左右。其中,风力发电等可
再生能源发展是最快的。从1970年的约 技9亿吨标准煤,到1995年的21.3亿
吨标准煤增长了1.4倍,到2020年将达到37.8亿吨标准煤,50年增长3一24倍。
现在世界能源结构中所利用的化石能源主要仍然是煤炭,其次才是石油和
天然气,其比例约为 68%;17%;巧%。根据国际上通行的能源预测,石油将
在40年时间内枯蝎,天然气将在60年内用光,煤炭也只能用220年。
近几年来,风力发电机组单机容量和风电场建设规模都日益扩大,成为电
网电源中的重要组成部分。风力的随机性和间歇性以及机组运行时的对无功的
需求都会对电力系统稳定运行,尤其是对电压稳定运行产生危害。作为分析的
基础,需要建立正确的风电机组和风电场的数学模型。另外,针对新型风力发
电机组,也需要根据其特性建立适当的数学模型,并应用于电力系统中分析它
的运行结果。由于风力发电是一种特殊的电力,具有许多不同于常规能源发电
的特点,风电场的并网运行对电网的电能质量、安全稳定等诸多方面带来负面
的影响,随着风电场规模的不断扩大,风电特性对电网的影响也愈加显著,成
为制约风电场容量和规模的严重障碍。
如今的风力发电正逐步走向规模化和产业化,并网风力发电场成为风力发
电的主流,风力发电在电网中的比例越来越大,成为除水力发电以外最成熟、
最现实的一种清洁能源发电方式。因此,为了更加充分地利用可开发的风力资
源,需要深入研究大规模风电场并网运行的各种技术问题,如风电场的规划、
设计和运行、风力发电接入电网的分析等都具有重要的工程意义。
1.2 国内外风力发电的发展和现状
L2.1国外风力发电概况
风力发电是目前技术最成熟、最具开发前景的可再生能源.国际上,已进
入商业化开发阶段,被誉为“绿色电力”。据估计,全球可利用的风能总量为530
亿kw/年。1973年石油危机以后,西方发达国家为寻求替代能源,在风力发电
技术的研究与应用上投入了相当大的人力及资金,综合利用空气动力学、新材
料、新型电机、电力电子技术、计算机、自动控制及通信技术等方面的最新成
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