并网风电场引起电压波动和闪变的分析研究(附件)【字数：11676】
摘 要煤、石油和天然气等化石燃料储量有限，而且化石燃料的燃烧使得空气污染、水源问题、地球温室效应等环境问题日趋严重。人们越来越多的重视风力发电，毕竟风力发电是可再生的、无污染的、技术成熟的清洁能源。首先，本文阐述了风力发电并网运行理论和电压波动与闪变的基本原理、产生的原因及相关抑制措施。随着风电场规模的不断扩大，风电场并网所引起的电压波动和闪变问题也会越来越严重，同时电压波动闪变问题将成为制约风电场装机容量的主要因数。而相关技术的发展使无功补偿装置在抑制电压波动与闪变方面得到了快速的发展和应用。其次，本文介绍了无功补偿装置，分析他们的补偿原理。而静止式无功补偿装置作为一种快速调节无功功率的装置，它可以对无功功率进行随机调整，能够保持系统电压的水平恒定，能够有效地抑制并网风电场引起的电压波动和闪变，使系统能够更加稳定、安全的运行。最后，通过研究风速模型，变桨距控制模型和风力发电机模型，整合成风力发电系统，建模仿真。通过仿真图可以明显可看出在经过变桨距控制系统的调节后风电系统能可靠安全运行。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究现状 3
1.2.1 国外相关研究概述 3
1.2.2 国内相关研究概述 3
1.3论文主要研究内容 4
第二章 风力发电的并网运行理论 5
2.1风力发电概念和特点 5
2.2风电并网方式 5
2.3风电并网运行典型问题 5
2.3.1对电网调节控制的影响 5
2.3.2对电网电压的影响 6
2.3.3对电网稳定性的影响 6
2.3.4对电能质量的影响 6
第三章 并网风电场引起电压波动和闪变的研究 7
3.1电压波动和闪变的概念 7
3.2并网风电场电压波动与闪变产生的原因 8
4.3电压波动与闪变的危害： 9
4.4抑制电压波动和闪变的措施 9
4.5无功补偿装置 10
第四章 风电场可靠性模型 12
4.1风力发电机模型 12
4.1.1基于叶素理论的风力发电力机 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
12
4.1.2基于PSCAD软件的风力发电机建模 13
4.2桨距控制模型 14
4.2.1变桨距风力发电机组的运行状态 14
4.2.2变桨距控制系统工作原理 14
4.2.3基于PSCAD软件的桨距控制系统建模 15
4.3风速模型 15
4.4风力发电系统的建模仿真 19
第五章 总结与展望 21
5.1总结 21
5.2展望 21
致 谢 22
参考文献 23
绪论
1.1研究背景及意义
近年来中国的能源需求随着经济在快速发展也在不断增加。目前全国能源消费总量为36.7亿t标准煤，而十几年前仅为9.87亿t标准煤，增长了近3倍，在能源消费方面中国占据全球第一的位置。20世纪时中国还是石油出口国，但到了21世纪不仅每年的石油消耗量要进口一半以上，传统大宗出口产品煤炭也有1亿t以上的缺额需要进口，成为了世界煤炭第一进口国。而且随着国际市场化石能源价格的上涨，尤其是自2006年以来的化石能源危机不仅给中国的经济，对全世界经济都造成了一定的影响，如今中国经济发展的内在需求已经变成保证能源安全。
长期以来煤炭一直在中国能源消费结构中占主要地位，占比率高达74.5%，位于世界前列。中国的能源消费结构以煤炭为主，因工业发展的需要能源需求不断，这使得中国的污染物排放量一直保持高速增长。中国在CO2、SO2、氧化氮产物和粉尘等污染物排放量上成为世界上排放最多的国家。
2009年中国政府对外承诺，到2020年单位GDP 二氧化碳排放比2005年下降40%45%左右，提高非化石能源在一次能源消费中的占比，使其达到15%，这对于中国清洁能源发展规模和速度提出了空前的期望和要求。尽管近年来中国采取了节能减排、发展可再生能源等一系列强有力的措施，努力降低化石能源消费所占的比例，但2010年我国水电、核电、风电等非化石能源消费量约为2.84亿t标准煤，仅占能源消费总量35.37亿t标准煤的8％，其中除了水电以外的其他可再生能源所占比重非常低。中国非化石能源发展现状与政府目标之间存在巨大差距，需要大幅度调整能源结构，加之2011年日本福岛核电站事故增加了核电发展的不确定性，因此进一步加快发展水电、风电等可再生能源成为履行国际承诺的必然选择。
虽说水电开发技术在目前所有可再生能源开发技术中是最成熟，但是在我国具备开发条件的水电项目已达到饱和状态，大部分项目要么已经完成开发了，要么已经纳入开发规划的范围之内。更重要的是新规划的水电项正目面临着次生态危机、土地资源短缺等因素制约，如果是开发国际河流，那更是面临着复杂国际环境的制约。在所有的再生能源开发项目中，风力发电是除了水力发电之外具备成熟的开发技术、开发成本较低、价值较大的可再生能源。而且风电成本因为国际化石能源市场价格在不断上涨，使得其与传统火电、核电成本接近，远低于其他可再生能源的发电成本；同时大规模开发的规模效益随着近年来风电设备制造水平的不断提高逐步上升。
由于我国风能资源主要分布在西北、华北、东北等“三北地区”，2008年以来，在国家能源局的组织下，以各省（自治区、直辖市）和地区风能资源普查及风电建设前期工作为基，选择甘肃、新疆、河北、内蒙古西部地区、内蒙古东部地区、吉林、江苏沿海这七个风能资源最丰富的省（自治区）和地区，为其设立2020年的发展目标，共建成七个千瓦级风电基地。到目前为止，我国风力发电规模已占全球的3成，且中国风机并网装机容量场1亿KW,居全球首位。中国千万千瓦级风电基地装机容量规划见图11。
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图11 中国千万千瓦级风电基地装机容量规划
风电是世界公认的安全、无污染、技术成熟的新能源。和核电相比，其更加安全；和太阳能相比，其大规模开发的成本更低；和潮汐能相比，其产业化能力更强。而且随着能源危机及清洁能源大势所趋和近10年来风力发电技术的日趋成熟，其发电成本大幅下降。根据相关资料的统计发现，近5年来，综合各方面成本，风力发电使用期的总成本费用已接近新投资的火电和水电。同时我国地区间的存在显著的经济差异，西北地区地广人稀且发展相对落后，但是风能资源又相对丰富。发展风电场，有助于提高当地工业基础、优化能源结构、减轻电网负担，具有深远的政治意义和经济意义。由于风力资源具有不稳定性和风力发电机组自身的运行特点使得风力发电机组的输出功率不是呈稳定的趋势，而是具有波动性，这将导致电网的电压出现波动和闪变。而且随着风电场规模的不断扩大，风电场并网引起的电压波动和闪变问题必将越来越严重，在某些情况下电压波动闪变问题将成为制约风电场规模的主要因数。因此对风电并网引起的电压波动和闪变问题及抑制电压闪变的技术进行研究具有重要意义。
1.2研究现状
1.2.1 国外相关研究概述
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究现状 3
1.2.1 国外相关研究概述 3
1.2.2 国内相关研究概述 3
1.3论文主要研究内容 4
第二章 风力发电的并网运行理论 5
2.1风力发电概念和特点 5
2.2风电并网方式 5
2.3风电并网运行典型问题 5
2.3.1对电网调节控制的影响 5
2.3.2对电网电压的影响 6
2.3.3对电网稳定性的影响 6
2.3.4对电能质量的影响 6
第三章 并网风电场引起电压波动和闪变的研究 7
3.1电压波动和闪变的概念 7
3.2并网风电场电压波动与闪变产生的原因 8
4.3电压波动与闪变的危害： 9
4.4抑制电压波动和闪变的措施 9
4.5无功补偿装置 10
第四章 风电场可靠性模型 12
4.1风力发电机模型 12
4.1.1基于叶素理论的风力发电力机 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
12
4.1.2基于PSCAD软件的风力发电机建模 13
4.2桨距控制模型 14
4.2.1变桨距风力发电机组的运行状态 14
4.2.2变桨距控制系统工作原理 14
4.2.3基于PSCAD软件的桨距控制系统建模 15
4.3风速模型 15
4.4风力发电系统的建模仿真 19
第五章 总结与展望 21
5.1总结 21
5.2展望 21
致 谢 22
参考文献 23
绪论
1.1研究背景及意义
近年来中国的能源需求随着经济在快速发展也在不断增加。目前全国能源消费总量为36.7亿t标准煤，而十几年前仅为9.87亿t标准煤，增长了近3倍，在能源消费方面中国占据全球第一的位置。20世纪时中国还是石油出口国，但到了21世纪不仅每年的石油消耗量要进口一半以上，传统大宗出口产品煤炭也有1亿t以上的缺额需要进口，成为了世界煤炭第一进口国。而且随着国际市场化石能源价格的上涨，尤其是自2006年以来的化石能源危机不仅给中国的经济，对全世界经济都造成了一定的影响，如今中国经济发展的内在需求已经变成保证能源安全。
长期以来煤炭一直在中国能源消费结构中占主要地位，占比率高达74.5%，位于世界前列。中国的能源消费结构以煤炭为主，因工业发展的需要能源需求不断，这使得中国的污染物排放量一直保持高速增长。中国在CO2、SO2、氧化氮产物和粉尘等污染物排放量上成为世界上排放最多的国家。
2009年中国政府对外承诺，到2020年单位GDP 二氧化碳排放比2005年下降40%45%左右，提高非化石能源在一次能源消费中的占比，使其达到15%，这对于中国清洁能源发展规模和速度提出了空前的期望和要求。尽管近年来中国采取了节能减排、发展可再生能源等一系列强有力的措施，努力降低化石能源消费所占的比例，但2010年我国水电、核电、风电等非化石能源消费量约为2.84亿t标准煤，仅占能源消费总量35.37亿t标准煤的8％，其中除了水电以外的其他可再生能源所占比重非常低。中国非化石能源发展现状与政府目标之间存在巨大差距，需要大幅度调整能源结构，加之2011年日本福岛核电站事故增加了核电发展的不确定性，因此进一步加快发展水电、风电等可再生能源成为履行国际承诺的必然选择。
虽说水电开发技术在目前所有可再生能源开发技术中是最成熟，但是在我国具备开发条件的水电项目已达到饱和状态，大部分项目要么已经完成开发了，要么已经纳入开发规划的范围之内。更重要的是新规划的水电项正目面临着次生态危机、土地资源短缺等因素制约，如果是开发国际河流，那更是面临着复杂国际环境的制约。在所有的再生能源开发项目中，风力发电是除了水力发电之外具备成熟的开发技术、开发成本较低、价值较大的可再生能源。而且风电成本因为国际化石能源市场价格在不断上涨，使得其与传统火电、核电成本接近，远低于其他可再生能源的发电成本；同时大规模开发的规模效益随着近年来风电设备制造水平的不断提高逐步上升。
由于我国风能资源主要分布在西北、华北、东北等“三北地区”，2008年以来，在国家能源局的组织下，以各省（自治区、直辖市）和地区风能资源普查及风电建设前期工作为基，选择甘肃、新疆、河北、内蒙古西部地区、内蒙古东部地区、吉林、江苏沿海这七个风能资源最丰富的省（自治区）和地区，为其设立2020年的发展目标，共建成七个千瓦级风电基地。到目前为止，我国风力发电规模已占全球的3成，且中国风机并网装机容量场1亿KW,居全球首位。中国千万千瓦级风电基地装机容量规划见图11。
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图11 中国千万千瓦级风电基地装机容量规划
风电是世界公认的安全、无污染、技术成熟的新能源。和核电相比，其更加安全；和太阳能相比，其大规模开发的成本更低；和潮汐能相比，其产业化能力更强。而且随着能源危机及清洁能源大势所趋和近10年来风力发电技术的日趋成熟，其发电成本大幅下降。根据相关资料的统计发现，近5年来，综合各方面成本，风力发电使用期的总成本费用已接近新投资的火电和水电。同时我国地区间的存在显著的经济差异，西北地区地广人稀且发展相对落后，但是风能资源又相对丰富。发展风电场，有助于提高当地工业基础、优化能源结构、减轻电网负担，具有深远的政治意义和经济意义。由于风力资源具有不稳定性和风力发电机组自身的运行特点使得风力发电机组的输出功率不是呈稳定的趋势，而是具有波动性，这将导致电网的电压出现波动和闪变。而且随着风电场规模的不断扩大，风电场并网引起的电压波动和闪变问题必将越来越严重，在某些情况下电压波动闪变问题将成为制约风电场规模的主要因数。因此对风电并网引起的电压波动和闪变问题及抑制电压闪变的技术进行研究具有重要意义。
1.2研究现状
1.2.1 国外相关研究概述
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