风电—抽水蓄能水力发电独立系统研究

【摘要】：风能具有随机波动性、间歇性,随时间、季节和气候的变化而变化等特点。作为一种不可调控的电源,风力发电电能在电网中比重的增加会给电力系统运行的稳定性和电能质量带来冲击。为了保证电力系统安全稳定运行,各类电网对接入电网的风电容量都有具体的限制。这一限制是制约风电发展和造成“弃风”的主要原因之一。为了尽可能提高可再生能源利用的比例,世界各国都开展了积极的研究,寻找提高风电接入比率的新途径。 在电力系统中增加储能装置是平抑风电波动的有效方法。抽水储能系统由于其在技术经济性方面的优势,在具备自然条件的地区自然成为了储能的首选方案。传统的抽水储能在电力系统中主要起削峰填谷的作用,配合风电接入后也可以起到减小风电波动的作用。而本文提出了利用抽水储能水电站,将风电转化为常规水力发电再接入电力系统的思想,解决海岛孤立电网中风电接入比率已达到系统允许极限后,进一步提高系统风能利用率的问题。本文以具体海岛数据为例,着重对风-水独立系统的组成、运行方式、运行效益、系统稳定性进行了研究。 首先研究了风-水组合作为常规水电站运行的可行性。在提出的系统总体结构的框架下,通过用当地的水文、气象、水库、电力系统等数据,计算分析了三种运行方式下系统的能量转换效率,论证了系统的可行性； 研究了泵组在波动能源下的高效运行方案,提出了具有较高能量转换效率的风-水组合和水泵组驱动系统的结构,以及独立电力系统的接线方式和控制策略；在MATLAB/SIMUlink中搭建了系统的仿真模型,对系统运行的几种关键状态(如：系统的启动、泵的变速运行和切换等)进行了动态仿真分析,验证了独立系统运行的可行性和稳定性。 【关键词】：风电 抽水储能 水力发电 独立系统 稳定性
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题研究的背景与意义10-11
• 1.1.1 风电接入对电力系统带来的挑战10
• 1.1.2 提高风电接入率的方法10-11
• 1.1.3 研究的前沿问题11
• 1.2 含风能和抽水储能独立电力系统的国内外研究现状11-13
• 1.3 本文的研究内容及章节安排13-14
• 第二章 风-水组合提高风能利用率的接入方式研究14-34
• 2.1 风-水组合独立系统的结构14
• 2.2 系统主要设备的选型及工作原理14-18
• 2.2.1 泵的类型及负荷特性14-15
• 2.2.2 风机的类型及功率特性15-18
• 2.3 风电-抽水储能电站接入电力系统方式研究18-20
• 2.3.1 常规抽水储能电站运行方式18-19
• 2.3.2 水泵用于平滑风电输出功率接入方式19
• 2.3.3 风-水组合形成常规水力发电接入方式19-20
• 2.4 风-水组合水电站运行方式及可行性研究20-32
• 2.4.1 系统的连接及运行方式20-21
• 2.4.2 可行性仿真分析21-32
• 2.5 不同运行方式的发电效率分析32
• 2.6 本章小结32-34
• 第三章 风-水组合独立电力系统的控制研究34-51
• 3.1 水泵与管路系统的工作原理34-38
• 3.1.1 管路系统的特性34-36
• 3.1.2 离心泵的工作原理分析36-38
• 3.2 波动功率下泵的驱动方式研究38-43
• 3.2.1 驱动方式的选择及设计38-41
• 3.2.2 泵的变速控制41-43
• 3.2.3 风机和泵的配置43
• 3.3 风-水组合独立电力系统的接线方式设计43-45
• 3.3.1 交流接线方式44
• 3.3.2 直流接线方式44-45
• 3.4 系统的控制策略与控制器45-50
• 3.4.1 系统的控制策略45
• 3.4.2 系统的控制器45-46
• 3.4.3 仿真分析46-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 风电-蓄水储能独立电力系统的建模51-80
• 4.1 风速模型与仿真实现51-53
• 4.2 风力机模型与仿真实现53-62
• 4.2.1 风力机基本理论53-54
• 4.2.2 风力机运行特性54-57
• 4.2.3 变速风力发电系统的运行区域57-59
• 4.2.4 定浆距时风力发电系统最大风能追踪机理59-61
• 4.2.5 最大风能捕获的各种方法及其比较研究61-62
• 4.3 传动系数学模型62-63
• 4.4 永磁同步发电机基于D-Q坐标下的数学模型63-65
• 4.5 三电平背靠背双PWM变换器简述及其模型65-71
• 4.5.1 三电平背靠背双PWM变换器简述65-66
• 4.5.2 三电平整流器数学模型66-68
• 4.5.3 三电平空间矢量PWM的实现68-71
• 4.6 背靠背双PWM变流器控制策略71-76
• 4.6.1 电机侧变流器控制策略71-74
• 4.6.2 负载侧变流器控制策略74-76
• 4.7 泵驱动感应电机的数学模型76-78
• 4.8 水泵的建模78-79
• 4.9 输电线路及变压器模型79
• 4.10 本章小结79-80
• 第五章 系统仿真论证80-86
• 5.1 系统的仿真模型80
• 5.2 动态仿真条件及结果分析80-85
• 5.2.1 系统的启动80-83
• 5.2.2 泵的变速运行和切换83-85
• 5.3 本章小结85-86
• 第六章 总结与展望86-89
• 6.1 总结86-88
• 6.2 展望88-89
• 参考文献89-97
• 致谢97-98
• 攻读硕士学位期间参加的项目和发表的论文98
• 1. 攻读硕士学位期间参加的项目98
• 2. 攻读硕士学位期间发表的论文98
• 3. 攻读硕士学位期间申请的专利和软件著作登记权98

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