海上风电场并网系统低电压穿越能力研究
摘 要在这个社会上，不可再生能源每天都在被消耗。而这些能源一旦被没了就再也不能为我们提供可观的能量供给。其不可再生的本质让我们在能源利用上，觉得有点受到约束，所以我们需要最快的找到可以替代它的能源。这样就可以平缓目前能源供给的需求，而风能相对来说是一种比较干净的，而且能量充足的一种能源。它自身有很多的优点。所以在人类的发展中起到很好的作用。在我们文章的一开头，我们就在介绍风能的优势，和依靠它来发电的历史以及目前给人们带来的好处。第二章，文章详细的指出了什么叫做电压的稳定性，我们改如何去改善它，让它处于这个稳定的状态。第三章，开始介绍电压穿越能力的基本概念，分析方法，以及研究穿越能力的内在意义。第四章就风电场中直驱永磁同步发电机做了基本的介绍，详细的介绍了它的原理和特点，并且对它的优点做了一个详细的介绍，同时也分析出了它的应用现状及以后发展趋势。其中二，三，四章主要就是介绍了本文研究所需的基本概念以及定义，为第五章所要讲的仿真研究，打好了基础。到了第五章，也就是本文的的重心部分了，之前的论述都是为了给这一章做铺垫。一开始的时候。我们先对PSAT工具箱大致的进行一个了解，主要是用来建模的，后面会提及。接下来要做的就是用PSAT做一个风电场的建模，进而选择一个参数，分析电力系统电压稳定和故障极限切除时间。最后一步就是开始进行短路模拟，分析。摘 要 1
目 录
绪 论 6
1.1 引言 6
1.2 海上风力发电的发展意义和历史背景以及国内外发展状况 7
1.3 风力发电并网系统电压稳定性及控制研究的背景和意义 8
1.4 介绍VSCHVCD技术的原理及特点 8
1.5 论文主要工作 8
2 电力系统电压稳定性 9
2.1 引言 9
2.2电压稳定基本的概念 9
2.3如何分析电压的稳定性 10
在分析电压稳定性的的方法中，主要包括静态分析和动态分析这两种分析方法。 10
2.4如何改善电压稳定的方法 10
3低电压穿越 12
3.1引言 12
3.2 低电压穿越的基本概念 12
3.3 低电压穿越的分析方法 13
3.4研
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
究低电压穿越的意义 13
4 直驱永磁发电机 14
4.1 介绍 14
4.2 直接驱动永磁发电机的原理与特性 15
4.3 直驱式永磁发电机的应用现状及发展趋势 16
4.4 直驱永磁发电机优势的分析 16
5 基于PSAT软件的海上风电场模拟仿真 18
5.1 引言 18
5.2 基于PSAT电力系统模型 18
5.3 基于PSAT的海上风电场并网系统模型结构 20
5.4 对海上风电场并网系统基于PSAT分析电压稳定分析和控制 22
5.5 研究短路对海上风电场并网系统暂态电压稳定性及低电压穿越能力的影响 23
5.6 分析对比使用SVC、STATCOM、UPFC等动态无功补偿手段 25
参考文献 34
绪 论
1.1 引言
随着社会经济的逐渐发展和人们的日常生活所需，寻找更多好的能源是当今社会最受关注的问题之一。不可再生能源正在日益的枯竭，而为了能够满足更多人的需求，为了社会的进一步发展，新能源发电开始逐渐兴起，使人们开始向可再生清洁能源方面进行研究，其中风力发电作为社会上一种新型的高效清洁能源，而且以其独特的优势，逐渐迅速的发展起来。在十九世纪末，世界上第一座风力发电试验站在丹麦建成，从此以后，美国、德国等相继建立了风力发电电试验站，从而推动了风力发电的高速发展。
我们都知道风是无时无刻都会存在的，所以风能可以说是取之不尽，用之不竭，而且海边上的风一般都会比较大。所以那儿的风能更加的丰富。在海边上开展风力发电是一个很好的选择。以后估计会成为一个重要的能源发展的一个方向，不过每个东西都会有它的利和弊，所以它本身也会存在很其他很多的问题，比如装机容量比较小，风能的不稳定性，这些都是日后需要我们继续改进的地方，因为这些问题很有可能对电网造成更多的我们无法预料的影响。
1.2 海上风力发电的发展意义和历史背景以及国内外发展状况
海上风电场由选择位置形式有两种，一是离岸型海上风电场，一个是陆地风电场。目前，离岸型海上风电场依靠其诸多优势，慢慢的受到人们的关注。首先，海上风力发电受到的声音影响的限制较少。同时，海上的风力发电的资源与陆地风力发电的资源相比较而言，更加丰富，而且风电机组利用小时数相对更高，最重要的是，风电机组的单机容量较小，数量较多，因此占地面积相对而言比较大，而海上风电场就不会占用陆上土地资源，受地形地貌的影响比较小，从而节约了投入的资金。
对于我国急需能源的背景下，为了满足众多城市的供电需求，我们需要开展海上风电场来供能。因此，海上风电场电具有很好的发展前景。
在最近的几年里，以美国为首的北美的风电场发展很快。到2016年，北美的风电总装机容量达到8吉瓦，
表1.1 20120与2013年欧洲风电装机的情况
国家
2012年累计
2013年新增
2013年累计
英国
8649
1883
10531
丹麦
4162
657
4772
瑞典
3582
724
4470
荷兰
2391
303
2693
德国
30989
3238
33730
比利时
1375
276
1651
爱尔兰
1749
288
2037
芬兰
288
162
448
挪威
703
110
768
保加利亚
674
7
681
亚洲的风电产业近年发展的也很强劲，其中最为强劲的当属中国，我国的很多的发达地区都靠近海边，因为有着这么一个优势。我国的风能源还是很丰富的，而且我国人口众多，土地广阔。所以十分需要能源。因此开发丰富的海上风能资源将能有效改善沿海地区能源供应情况。开发海上风电已经成为我国能源战略的一个重要发展方向。
1.3 风力发电并网系统电压稳定性及控制研究的背景和意义
风力发电的含义就是依靠风来进行发电。从而导致了它有一定的不稳定因素在里面。而流过风力机组叶片的的风能是风电机组的原动力，其风速和风的方向都是随机变化的，也是存在不稳定因素的。同时大型的风电机组也不具备存储电能的能力，因此风电机组的电能输出的能力也是是随机变化的，同样的风电机组，把他们安装在不同地点，其风速和风向也是具有很大的差异。随着技术的发展，风电场规模也在不段的扩大，对电能质量的影响一定越来越严重。因此，我们需要针对风力发电的电压稳定性和控制方面进行更深层次的研究。此项研究，如果成功的话，将会推动风力发电产业向很好的一面发展。而海上风电的发展，又等于是节约了不可再生能源，保护了我们的生态环境。
1.4 介绍VSCHVCD技术的原理及特点
电压源型直流输电技术的核心是电压源型换流器（VSC)，在控制上是采用脉宽调制技术，硬件上则是采用全控型功率器件，以此来达到可观的可控性直流输电目的，这种结构模式与传统的直流输电相比可以给无源网络供电，因此还是很有优势的。
VSCHVDC与传统的直流输电技术相比较而言有以下的优点。（l)如果运行正常的话，VSC调节控制方面可以很容易的被运用。因为它不仅可以调节无功功率也可以调节有功的。所以在调节的时候，效率很高(2)VSC电流可以自动关闭，不需要人为控制。(3)直流电流方向的反转会因为潮流反转而反转，不过不会影响他的极性。(4)换流站间可以不需要通讯。(5)VSC由于可以控制交流的测电流这一特性，所以短路功率不会提高。
目 录
绪 论 6
1.1 引言 6
1.2 海上风力发电的发展意义和历史背景以及国内外发展状况 7
1.3 风力发电并网系统电压稳定性及控制研究的背景和意义 8
1.4 介绍VSCHVCD技术的原理及特点 8
1.5 论文主要工作 8
2 电力系统电压稳定性 9
2.1 引言 9
2.2电压稳定基本的概念 9
2.3如何分析电压的稳定性 10
在分析电压稳定性的的方法中，主要包括静态分析和动态分析这两种分析方法。 10
2.4如何改善电压稳定的方法 10
3低电压穿越 12
3.1引言 12
3.2 低电压穿越的基本概念 12
3.3 低电压穿越的分析方法 13
3.4研
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
究低电压穿越的意义 13
4 直驱永磁发电机 14
4.1 介绍 14
4.2 直接驱动永磁发电机的原理与特性 15
4.3 直驱式永磁发电机的应用现状及发展趋势 16
4.4 直驱永磁发电机优势的分析 16
5 基于PSAT软件的海上风电场模拟仿真 18
5.1 引言 18
5.2 基于PSAT电力系统模型 18
5.3 基于PSAT的海上风电场并网系统模型结构 20
5.4 对海上风电场并网系统基于PSAT分析电压稳定分析和控制 22
5.5 研究短路对海上风电场并网系统暂态电压稳定性及低电压穿越能力的影响 23
5.6 分析对比使用SVC、STATCOM、UPFC等动态无功补偿手段 25
参考文献 34
绪 论
1.1 引言
随着社会经济的逐渐发展和人们的日常生活所需，寻找更多好的能源是当今社会最受关注的问题之一。不可再生能源正在日益的枯竭，而为了能够满足更多人的需求，为了社会的进一步发展，新能源发电开始逐渐兴起，使人们开始向可再生清洁能源方面进行研究，其中风力发电作为社会上一种新型的高效清洁能源，而且以其独特的优势，逐渐迅速的发展起来。在十九世纪末，世界上第一座风力发电试验站在丹麦建成，从此以后，美国、德国等相继建立了风力发电电试验站，从而推动了风力发电的高速发展。
我们都知道风是无时无刻都会存在的，所以风能可以说是取之不尽，用之不竭，而且海边上的风一般都会比较大。所以那儿的风能更加的丰富。在海边上开展风力发电是一个很好的选择。以后估计会成为一个重要的能源发展的一个方向，不过每个东西都会有它的利和弊，所以它本身也会存在很其他很多的问题，比如装机容量比较小，风能的不稳定性，这些都是日后需要我们继续改进的地方，因为这些问题很有可能对电网造成更多的我们无法预料的影响。
1.2 海上风力发电的发展意义和历史背景以及国内外发展状况
海上风电场由选择位置形式有两种，一是离岸型海上风电场，一个是陆地风电场。目前，离岸型海上风电场依靠其诸多优势，慢慢的受到人们的关注。首先，海上风力发电受到的声音影响的限制较少。同时，海上的风力发电的资源与陆地风力发电的资源相比较而言，更加丰富，而且风电机组利用小时数相对更高，最重要的是，风电机组的单机容量较小，数量较多，因此占地面积相对而言比较大，而海上风电场就不会占用陆上土地资源，受地形地貌的影响比较小，从而节约了投入的资金。
对于我国急需能源的背景下，为了满足众多城市的供电需求，我们需要开展海上风电场来供能。因此，海上风电场电具有很好的发展前景。
在最近的几年里，以美国为首的北美的风电场发展很快。到2016年，北美的风电总装机容量达到8吉瓦，
表1.1 20120与2013年欧洲风电装机的情况
国家
2012年累计
2013年新增
2013年累计
英国
8649
1883
10531
丹麦
4162
657
4772
瑞典
3582
724
4470
荷兰
2391
303
2693
德国
30989
3238
33730
比利时
1375
276
1651
爱尔兰
1749
288
2037
芬兰
288
162
448
挪威
703
110
768
保加利亚
674
7
681
亚洲的风电产业近年发展的也很强劲，其中最为强劲的当属中国，我国的很多的发达地区都靠近海边，因为有着这么一个优势。我国的风能源还是很丰富的，而且我国人口众多，土地广阔。所以十分需要能源。因此开发丰富的海上风能资源将能有效改善沿海地区能源供应情况。开发海上风电已经成为我国能源战略的一个重要发展方向。
1.3 风力发电并网系统电压稳定性及控制研究的背景和意义
风力发电的含义就是依靠风来进行发电。从而导致了它有一定的不稳定因素在里面。而流过风力机组叶片的的风能是风电机组的原动力，其风速和风的方向都是随机变化的，也是存在不稳定因素的。同时大型的风电机组也不具备存储电能的能力，因此风电机组的电能输出的能力也是是随机变化的，同样的风电机组，把他们安装在不同地点，其风速和风向也是具有很大的差异。随着技术的发展，风电场规模也在不段的扩大，对电能质量的影响一定越来越严重。因此，我们需要针对风力发电的电压稳定性和控制方面进行更深层次的研究。此项研究，如果成功的话，将会推动风力发电产业向很好的一面发展。而海上风电的发展，又等于是节约了不可再生能源，保护了我们的生态环境。
1.4 介绍VSCHVCD技术的原理及特点
电压源型直流输电技术的核心是电压源型换流器（VSC)，在控制上是采用脉宽调制技术，硬件上则是采用全控型功率器件，以此来达到可观的可控性直流输电目的，这种结构模式与传统的直流输电相比可以给无源网络供电，因此还是很有优势的。
VSCHVDC与传统的直流输电技术相比较而言有以下的优点。（l)如果运行正常的话，VSC调节控制方面可以很容易的被运用。因为它不仅可以调节无功功率也可以调节有功的。所以在调节的时候，效率很高(2)VSC电流可以自动关闭，不需要人为控制。(3)直流电流方向的反转会因为潮流反转而反转，不过不会影响他的极性。(4)换流站间可以不需要通讯。(5)VSC由于可以控制交流的测电流这一特性，所以短路功率不会提高。
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