双馈风力发电机组接入电网特性研究

论文摘要

随着能源问题和环境问题的日益严峻,世界各国竞相大力发展可再生能源。风力发电凭借其绿色环保、资源丰富、容易开发、性价比逐步提高等优势得到了世界各国的广泛重视,是目前世界上发展的最快的可再生能源。风力发电在电网中的比重不断提高,大型风力发电场的容量少则几十兆瓦,多则上百兆瓦。但是与其他常规的火电厂、水电厂不同,风电场的输出功率不断波动,在电网中运行势必会对电网产生一系列影响,所以在风电穿透功率较大的电网中,风电机组的运行特性将显得极为重要,尤其是其动态响应特性和暂态特性。而双馈风电机组作为现在的世界主流机型之一,研究其接入电网后的运行特性（包括稳态特性、动态响应特性和暂态特性）对电网的运行稳定性起着决定性的作用。因此本文在分析各国电网导则对并网风电机组的要求的基础上,运用PSCAD软件平台模拟仿真了双馈风电机组接入电网后的动态响应特性和暂态稳定性,同时考虑了轻型高压直流输电在海上风电中的应用。本文建立了风况模型、风机模型、变流器模型和控制系统模型等。通过对双馈风力发电系统各部分的建模分析,采用定子磁链定向矢量控制,对双馈风力发电机的有功和无功实现解耦控制。论文在对双馈风力发电机进行理论分析的基础上给出了双馈发电机的稳态特性,以直接接入大电网的双馈风电机组为例,对不同风况下风电机组的动态响应特性进行了仿真。仿真结果说明了双馈风力发电系统动态模型的正确性及其快速的动态响应特性,同时表明双馈风电机组所具备的无功-电压调节能力。通过对双馈风电机组在PSCAD平台上的建模仿真给出了双馈风电机组在电网故障时的暂态特性,同时考虑了轻型高压直流输电在风电中的应用及其对系统短路故障的隔离。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外风力发电发展概况
• 1.2.1 国外风力发电发展概况
• 1.2.2 国内风力发电发展概况
• 1.3 风力发电机组及风电场联网介绍
• 1.3.1 风电机组类型介绍
• 1.3.2 风电场接入电网的形式
• 1.4 电网对风电场的要求
• 1.5 论文工作的主要内容
• 第二章 双馈风力发电机的基本理论
• 2.1 双馈风力发电机的等值电路分析
• 2.2 双馈发电机的功率计算
• 2.3 双馈发电机的电磁功率和电磁转矩
• 2.4 双馈发电机的运性工况及功率流动分析
• 2.5 双馈风力发电机在同步旋转坐标系下的数学模型
• 第三章 双馈风电机组接入电网的数学建模
• 3.1 风速模型
• 3.1.1 阵风
• 3.1.2 渐变风
• 3.1.3 随机风
• 3.2 风力机模型
• 3.3 变流器模型
• 3.4 控制模型
• 3.5 转子crowbar保护回路
• 3.6 电网模型
• 第四章 双馈风电机组接入电网运行特性
• 4.1 变速恒频双馈风电机组稳态特性分析
• 4.2 电网结构分析
• 4.3 双馈感应风力发电机的动态响应特性
• 4.4 双馈风力发电机组外部电网故障时的暂态稳定性
• 第五章 基于VSC-HVDC的DFIG运行特性
• 5.1 海上风电发展概况
• 5.2 海上风电输电系统
• 5.2.1 海上变电站
• 5.2.2 海上风电场输电系统的结构
• 5.3 VSC-HVDC的基本原理
• 5.4 VSC-HVDC的建模
• 5.5 仿真结果分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录A 双馈风机接入电网整体模型
• 在学研究成果
• 致谢