风电并网对系统电压稳定性的影响研究

【摘要】：近年来，由于石油、煤炭等化石能源的逐渐衰竭，使得能源危机在世界范围内进一步加深，由此还引发了诸多国际性问题。同时，化石能源在生产过程中所产生的污染性气体、二氧化碳等，对人类赖以生存的生态环境造成了严重的影响。 在此背景下，实现经济和社会的可持续发展迫切需要寻找比化石能源更绿色更环保的能源形式，以风能、太阳能为代表的新能源正是这种新的能源形式。风力发电作为除水电外开发技术最为成熟的可再生能源发电，越来越受到青睐；再加上国家政策和经济发展需要的驱使，风力发电取得了重大的发展，成为了新能源发电的领头羊。 然而，与风电的迅速发展形成鲜明对比的是电网配套设施建设的滞后，风电并网运行所面临的诸多难题逐渐成为制约风电发展的瓶颈之一。众所周知，风是变化莫测的，不同地点以及同一地点不同时间的风速都时刻在变化着，这使得风力发电同样具有非常明显的间歇性和变化性。虽然采用风电场集中开发风能的模式在一定程度上使得风电输出功率更加稳定，但是风力发电的不确定性仍然非常明显。另一方面，风电机本身的性能也与常用的同步发电机有着很大的不同，这使得风电上网可能带来诸多问题。 因此，风电场并网，特别是大规模风电接入电网末端的薄弱网架，必须经过严格、深入、详细的可行性评估，及时发现风电场并网可能带来的不利影响，并采取必要的优化运行措施和运行策略，以保证电网的安全、经济运行，保证优质和可靠的供电，并最大限度地接纳风电容量。 本文以某市的电网架构为依托，通过仿真软件对不同渗透率的风电并网对电网的影响进行仿真，经过严格的可行性仿真评估，发现其中的不利影响，并针对发现的不利影响提出相应的运行优化措施，通过仿真确保该电网的可靠、经济运行。 【关键词】：风力发电 风电并网 影响 运行优化措施
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614;TM712
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 风力发电的特点12-13
• 1.3 风电的效益优势13-17
• 1.3.1 经济效益13-15
• 1.3.2 环境效益15-16
• 1.3.3 社会效益16-17
• 1.4 世界风电发展的状况17-18
• 1.5 国内外研究现状18-19
• 1.6 本文的主要研究内容19-21
• 第二章 风力发电系统介绍21-30
• 2.1 风力发电系统基本知识介绍21-27
• 2.1.1 风力机的结构组成及分类21-22
• 1. 风力机的结构组成21
• 2. 风力机的分类21-22
• 2.1.2 典型风力机的结构特点22-25
• 1. 定桨距风力机结构特点22-23
• 2. 变桨距风力机结构特点23-24
• 3. 变速风力机结构特点24-25
• 2.1.3 常见的并网风力发电系统25-27
• 2.2 双馈异步电机风力发电系统27-29
• 2.2.1 双馈风力发电系统机构27-28
• 2.2.2 双馈风力发电机的变速恒频工作原理28-29
• 2.2.3 双馈风力发电机的优缺点29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 风力发电系统的建模30-48
• 3.1 风力发电系统的整体模型图30
• 3.2 风速模型30-32
• 3.2.1 风速的数学模型30-32
• 1. 基本风30-31
• 2. 阵风31
• 3. 渐变风31
• 4. 随机风31-32
• 3.2.2 风速的PSCAD模型32
• 3.3 风力机模型32-36
• 3.3.1 风力机的数学模型32-34
• 1. 功率转换模型32-33
• 2. 传动机构模型33-34
• 3.3.2 风力机的PSCAD模型34-36
• 3.4 双馈电机模型36-38
• 3.4.1 双馈式异步发电机的数学模型36-37
• 3.4.2 双馈式异步发电机的PSCAD模型37-38
• 3.5 双馈风力发电机功率控制建模38-47
• 3.5.1 最大功率跟踪系统的数学模型38-39
• 3.5.2 最大功率跟踪系统的PSCAD模型39-40
• 3.5.3 转子侧电压源换流器的滞环电流控制数学模型40-41
• 3.5.4 最大功率跟踪系统的PSCAD模型41-43
• 3.5.5 电网侧电压源换流器的矢量控制系统的数学模型43-44
• 3.5.6 最大功率跟踪系统的PSCAD模型44-46
• 3.5.7 风电场实际无功控制系统模拟模型46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 风电并网对电压稳定性的影响研究48-59
• 4.1 引言48
• 4.2 风电并网对稳态电压稳定性的影响48-53
• 4.2.1 风电场出力的影响机理48-50
• 4.2.2 风电场功率因数的影响机理50-51
• 4.2.3 风电场接入位置的影响51-53
• 4.3 风电场并网对暂态电压稳定性的影响53-55
• 4.4 风电场并网对电压影响的技术规定和要求55-57
• 4.5 风电场电压稳定性的调节措施57-58
• 4.5.1 无功电源的选择57
• 4.5.2 系统调压的应用57-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 风电并网对电压稳定性影响的实例仿真研究59-81
• 5.1 某市电网概况与运行现状59-61
• 5.2 并网风电场对稳态电压稳定性的影响因素分析61-70
• 5.2.1 风电场出力的影响61-63
• 5.2.2 风电场功率因数的影响63-67
• 5.2.3 风电场接入位置的影响67-68
• 5.2.4 弱节点的判定68-70
• 5.3 短路故障位置和类型对风电场并网点暂态电压稳定性的影响70-79
• 5.3.1 E1-A线故障72-73
• 5.3.2 E2-E1线故障73-74
• 5.3.3 B1-E2线故障74-75
• 5.3.4 B1-E8线故障75-76
• 5.3.5 B1-E3线故障76-77
• 5.3.6 B1-E4线故障77-78
• 5.3.7 B1-E7线故障78-79
• 5.4 本章小结79-81
• 结论81-83
• 参考文献83-86
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果86-87
• 致谢87-88
• 附件88

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