双馈型风电场并网系统低电压穿越能力的研究
21世纪，随着经济的快速增长，化石能源造成的环境问题日趋严重。在保护环境的基础上能提升经济的增长速率是目前主要面临的问题。现代社会使用最多的能源是电能，它属于二次能源，是由化石能源燃烧得到的。这种发电方式是世界上主要的发电形式。但是这种发电方式会直接造成严重的环境问题，所以各国大力发展可再生能源。作为可再生能源的风力发电，能够多次开发利用，节能环保无污染，成为电力系统中增长速度最快的可再生资源，也因此其在世界范围内得到了广泛利用。随着技术改革和风力发电机组单机容量的逐步扩大，风力发电系统也在逐步改良从分布式能源发展成为现在的大规模集中式风电场发展。大规模风电场从传统的分布式的变革也带来了很多缺点，带来的主要问题是当电场因为需要或者故障等原因给要被切断时，风力发电组在电网电压跌落的瞬间能够保持并网运行几乎是不可能的。所以为了解决在这种特殊情况下出现的问题要求其一定要具有低电压运行能力。风能的随机波动性很大，这使得在现有技术下，对风力发电及其接入电网的控制难上加难。双馈电机打破了传统交流机能量转变的局限，其定子可直接与电网相接，转子通过将直流变为交流与电网相接，两者都可与电网进行能量交换。这样就实现能量从定子或者转子到电网的两个通道流动。而变速恒频双馈发电机(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)具有可靠性强、变速恒频发电、低电压穿越期间具有比普通双馈风电机组更好的无功支持能力特性，这些性能使得它成为主流风电机。本文主要围绕着双馈型风力发电并网系统在发生故障时对低电压穿越能力的研究。首先介绍风力发电机的发展现状，其中并网系统电压稳定性和控制措施的研究十分重要。以及对双馈风电机组的了解和低电压穿越研究。研究了双馈型感应风电系统的结构，原理和模型的构建。本文在MATLAB中的PAST进行仿真，选取的系统是WSCC 3机9节点系统，它位于美国西部。本文对风电系统在电网被切断时的低电压运行特性做出了更深入的研究。研究了不同无功补偿元件对双馈型风电机组在发生故障时的LVRT的影响强弱，还有故障极限切除时间。研究表明，SVC、STATCOM、UPFC三种动态无功补偿装置，都对电网系统低电压能力有所提升。SVC的补偿能力强于其他两种。 - 2 -
目录
Abstract 3
第一章 绪论 1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
1.1选题背景及意义 1
1.2风力发电的发展与现状 1
1.2.1国内风力发电发展现状 1
1.2.2国外风力发电发展现状 1
1.3低电压穿越技术简介 2
1.4 本文的工作 3
第二章双馈型风力场并网发电系统 4
2.1引言 4
2.2风力发电的历史由来 4
2.2.1风力发电的意义和发展前景 4
2.2.2风力发电机简介 5
2.4 双馈感应风力发电机的定义 6
2.5 双馈感应电机工作原理 6
2.6 本章小结 7
第三章 低电压穿越 8
3.1 引言 8
3.2 电压跌落的概念 8
3.3 低电压穿越的定义 8
3.4 研究低电压穿越能力的必要性 9
3.5 改善低电压穿越能力的方案 9
3.6 小结 10
第四章 无功补偿设备对并网系统稳定性的影响 11
4.1 SVC的概况 11
4.2 Crowbar电路 12
4.3 静止无功补偿器(STATCOM) 13
4.4 小结 13
第五章 基于MATLAB仿真软件对双馈型风电场并网系统低电压穿越能力的研究 14
5.1 引言 14
5.2 MATLAB的简介 14
5.3 PAST的简介 15
5.4 基于MATLAB中的PSAT对低电压穿越的研究 15
5.5 算例计算 15
5.6 研究无功补偿设备对低电压穿越能力的影响 19
5.7 小结 31
第六章 结论 32
参考文献 34
第一章 绪论
1.1选题背景及意义
随着人类社会的迅速发展，人们对能源和电量的需求也随之增长。化石能源因开采简单，使用方便一直是发电来源的首选。进入了21世纪由于能源逐渐被消耗殆尽，且严重破坏环境，各国全力发展可再生能源，在可再生能源开发中，风能作为一种无污染能循环利用等优点，再加上国家对风力发电的空前投入使得风力发电得到快速的发展。逐渐成为未来主要发电方式。
“风电正在引领全球从化石能源转向的转型”，Steve Sawyer（苏思谯）全球风能理事会秘书长说。风电市场在欧洲一些地区是年新增电力装机的领导者，在很多地区风电市场已经被开放如亚洲、拉丁美洲甚至是相对来说较落后的非洲，这些市场将有望成为下一个风电市场的领导力量。风电正在价格、表现和可靠性上更具竞争力。
1.2风力发电的发展与现状
1.2.1国内风力发电发展现状
我国占据着优越的地理位置，在中国的西北部位于农村地区风力资源非常丰富，可以为快速发展风力发电提供资源。我国虽然是世界上最早利用风能的国家但与发达国家如美国、西班牙等相比利用风电的起步比较晚。我国的风力发电是在20世纪末期开始迅速发展起来的，初期研制的风机主要是220kW以下的小型风电机组，直到国家投入大量的人力物力，风力发电得以快速发展。由于资源的匮乏和环境的污染，我国对风力发电的研究究还有投入更多的金钱将是我们国家改革发展电力系统的必然的发展趋势。现如今风力发电的技术日渐成熟且应用范围也是越来越广，除了能自给自足外，还可以送至其他缺少电力的地方如我国偏远地区，解决了我国偏远地区严重供电不足的现状。
1.2.2国外风力发电发展现状
技术未能突破和经济缺乏支撑等原因阻碍了风力发电成为电网中的电源。直到1973年发生石油危机及环境污染带来的影响，发达国家开始寻找能够替代化石燃料的能源，逐渐开始投入大量的人力物力，不断创新，技术改革，用新技术研制现代风力发电机组。
风力发电技术起初在丹麦等国家慢慢兴起。随着逐渐发展欧洲许多国家将风力发电变为一种主要能源形式，这些国家风力发电技术局世界前沿，对风力发电技术有了
1.3低电压穿越技术简介
由于来自于自然的风不是人为可操控的，所以很难保持持续和平稳，因为风力发电的不确定性，风力发电想要快速发展要解决这些问题。风力发电因为天气等原因造成风能的切断陷入崩溃状态。随着风力发电的快速发展，世界各国对电网的稳定性越来越严格，而且提高低电压穿越能力成为了关键问题。
低电压穿越能力在并网系统中起着至关重要的作用，而不同的国家根据自己国情对LVRT指标也不尽相同[7]。
下图为LVRT特性曲线。
目前国内外风电机组的主流机型就是双馈型风电机组。当出现故障时，能够保护风电机组的稳定性。随着风力发电的快速发展，风电机组大容量规模成为主流，随着大容量风电机组的增多，当电网出现故障时，电网不能及时恢复稳定。这就要求并网系统要有一定的低电压穿越能力。具备小容量的恢复能力又具备大容量的大规模。为解决这个问题，国内外学者为此进行了大量的研究。其中发电型柔性交流输电系统(FACTS)设备[3]能够有效的提高了风电场各发电单元运行的可靠性和灵活性。针对DFIG机组低电压穿越能力不足问题,提出利用STATCOM无功电压调节特性,并有效协调风电场、补偿单元及接入系统三者间无功需求关系的故障时刻风电系统无功电压实时协调控制策略。该控制策略可在故障中协调补偿单元与风电场的无功输出,以支撑电压水平,协助提高风电场及接入系统的故障穿越能力[8]。
1.4 本文的工作
本文通过文献参考法并基于双馈风力发电系统数学模型和控制策略等研究成果，以提高双馈风力发电系统参与电网调节的能力为目标，针对于双馈型风电场并网系统在故障时，提高并网系统风电机组的低电压穿越能力的方法。将美国WSCC 3机9节点系统作为研究对象，在PSAT仿真软件中建立仿真模型，分析并网系统发生线路故障时研究低电压穿越能力。分成几组实验，对不同程度的线路路障进行仿真研究。对仿真结果进行研究总结，得出结论：
1）在文章的前几章简要的介绍了风电场低电压穿越的概念，介绍了国内外风力发电发展概况和风力发电技术的研究现状，以及对风力发电系统的未来研究，表明研究风力发电对我国的重要性。对目前风电场常用的低电压穿越技术以及遇到的问题进行了分析和总结。
目录
Abstract 3
第一章 绪论 1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
1.1选题背景及意义 1
1.2风力发电的发展与现状 1
1.2.1国内风力发电发展现状 1
1.2.2国外风力发电发展现状 1
1.3低电压穿越技术简介 2
1.4 本文的工作 3
第二章双馈型风力场并网发电系统 4
2.1引言 4
2.2风力发电的历史由来 4
2.2.1风力发电的意义和发展前景 4
2.2.2风力发电机简介 5
2.4 双馈感应风力发电机的定义 6
2.5 双馈感应电机工作原理 6
2.6 本章小结 7
第三章 低电压穿越 8
3.1 引言 8
3.2 电压跌落的概念 8
3.3 低电压穿越的定义 8
3.4 研究低电压穿越能力的必要性 9
3.5 改善低电压穿越能力的方案 9
3.6 小结 10
第四章 无功补偿设备对并网系统稳定性的影响 11
4.1 SVC的概况 11
4.2 Crowbar电路 12
4.3 静止无功补偿器(STATCOM) 13
4.4 小结 13
第五章 基于MATLAB仿真软件对双馈型风电场并网系统低电压穿越能力的研究 14
5.1 引言 14
5.2 MATLAB的简介 14
5.3 PAST的简介 15
5.4 基于MATLAB中的PSAT对低电压穿越的研究 15
5.5 算例计算 15
5.6 研究无功补偿设备对低电压穿越能力的影响 19
5.7 小结 31
第六章 结论 32
参考文献 34
第一章 绪论
1.1选题背景及意义
随着人类社会的迅速发展，人们对能源和电量的需求也随之增长。化石能源因开采简单，使用方便一直是发电来源的首选。进入了21世纪由于能源逐渐被消耗殆尽，且严重破坏环境，各国全力发展可再生能源，在可再生能源开发中，风能作为一种无污染能循环利用等优点，再加上国家对风力发电的空前投入使得风力发电得到快速的发展。逐渐成为未来主要发电方式。
“风电正在引领全球从化石能源转向的转型”，Steve Sawyer（苏思谯）全球风能理事会秘书长说。风电市场在欧洲一些地区是年新增电力装机的领导者，在很多地区风电市场已经被开放如亚洲、拉丁美洲甚至是相对来说较落后的非洲，这些市场将有望成为下一个风电市场的领导力量。风电正在价格、表现和可靠性上更具竞争力。
1.2风力发电的发展与现状
1.2.1国内风力发电发展现状
我国占据着优越的地理位置，在中国的西北部位于农村地区风力资源非常丰富，可以为快速发展风力发电提供资源。我国虽然是世界上最早利用风能的国家但与发达国家如美国、西班牙等相比利用风电的起步比较晚。我国的风力发电是在20世纪末期开始迅速发展起来的，初期研制的风机主要是220kW以下的小型风电机组，直到国家投入大量的人力物力，风力发电得以快速发展。由于资源的匮乏和环境的污染，我国对风力发电的研究究还有投入更多的金钱将是我们国家改革发展电力系统的必然的发展趋势。现如今风力发电的技术日渐成熟且应用范围也是越来越广，除了能自给自足外，还可以送至其他缺少电力的地方如我国偏远地区，解决了我国偏远地区严重供电不足的现状。
1.2.2国外风力发电发展现状
技术未能突破和经济缺乏支撑等原因阻碍了风力发电成为电网中的电源。直到1973年发生石油危机及环境污染带来的影响，发达国家开始寻找能够替代化石燃料的能源，逐渐开始投入大量的人力物力，不断创新，技术改革，用新技术研制现代风力发电机组。
风力发电技术起初在丹麦等国家慢慢兴起。随着逐渐发展欧洲许多国家将风力发电变为一种主要能源形式，这些国家风力发电技术局世界前沿，对风力发电技术有了
1.3低电压穿越技术简介
由于来自于自然的风不是人为可操控的，所以很难保持持续和平稳，因为风力发电的不确定性，风力发电想要快速发展要解决这些问题。风力发电因为天气等原因造成风能的切断陷入崩溃状态。随着风力发电的快速发展，世界各国对电网的稳定性越来越严格，而且提高低电压穿越能力成为了关键问题。
低电压穿越能力在并网系统中起着至关重要的作用，而不同的国家根据自己国情对LVRT指标也不尽相同[7]。
下图为LVRT特性曲线。
目前国内外风电机组的主流机型就是双馈型风电机组。当出现故障时，能够保护风电机组的稳定性。随着风力发电的快速发展，风电机组大容量规模成为主流，随着大容量风电机组的增多，当电网出现故障时，电网不能及时恢复稳定。这就要求并网系统要有一定的低电压穿越能力。具备小容量的恢复能力又具备大容量的大规模。为解决这个问题，国内外学者为此进行了大量的研究。其中发电型柔性交流输电系统(FACTS)设备[3]能够有效的提高了风电场各发电单元运行的可靠性和灵活性。针对DFIG机组低电压穿越能力不足问题,提出利用STATCOM无功电压调节特性,并有效协调风电场、补偿单元及接入系统三者间无功需求关系的故障时刻风电系统无功电压实时协调控制策略。该控制策略可在故障中协调补偿单元与风电场的无功输出,以支撑电压水平,协助提高风电场及接入系统的故障穿越能力[8]。
1.4 本文的工作
本文通过文献参考法并基于双馈风力发电系统数学模型和控制策略等研究成果，以提高双馈风力发电系统参与电网调节的能力为目标，针对于双馈型风电场并网系统在故障时，提高并网系统风电机组的低电压穿越能力的方法。将美国WSCC 3机9节点系统作为研究对象，在PSAT仿真软件中建立仿真模型，分析并网系统发生线路故障时研究低电压穿越能力。分成几组实验，对不同程度的线路路障进行仿真研究。对仿真结果进行研究总结，得出结论：
1）在文章的前几章简要的介绍了风电场低电压穿越的概念，介绍了国内外风力发电发展概况和风力发电技术的研究现状，以及对风力发电系统的未来研究，表明研究风力发电对我国的重要性。对目前风电场常用的低电压穿越技术以及遇到的问题进行了分析和总结。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/2879.html
