風力發(fā)電并網運行的穩(wěn)定性控制研究
發(fā)布時間：2021-11-19 05:22
由于化石能源面臨著資源緊缺、污染環(huán)境等問題,使得以風電為主的可再生新能源發(fā)電受到廣泛關注、發(fā)展和應用。隨著越來越多風電場與電力系統(tǒng)聯(lián)網運行,當發(fā)生風速擾動或線路故障時,易造成電壓失穩(wěn)、無功缺額等現象,影響風電機組并網運行的穩(wěn)定性。為了保證風電場的可靠并網和穩(wěn)定運行,有效地改善風電發(fā)電并網運行的穩(wěn)定性是十分必要的。本文在介紹不同類型的風力發(fā)電機特點的基礎上,對各種風電機的特性進行對比和分析,在分析雙饋風力發(fā)電機工作原理的基礎上,通過矢量變換方法簡化其數學模型,采用定子磁鏈定向矢量控制的控制策略,對風力機、風速模型和機械傳動部分的工作特性和數學模型進行分析。論文利用MATLAB/Simulink軟件平臺對雙饋風電并網系統(tǒng)進行建模和仿真,采用的理論方法有效解決了雙饋風電機組在風速變化時對并網運行帶來的穩(wěn)定性影響。論文將采用d、q坐標下電流直接控制方法的STATCOM裝置分別引入FSIG和DFIG風電系統(tǒng),通過對系統(tǒng)提供動態(tài)無功補償的方法提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。在風速擾動、線路故障以及不同STATCOM容量的情況下進行風電系統(tǒng)并網運行仿真,仿真結果證明STATCOM能夠有效提高風電系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)...
【文章來源】：南昌大學江西省 211工程院校
【文章頁數】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．４?２０１２－２０１９年中國風電新增裝機容量統(tǒng)計圖??我國風力發(fā)電產業(yè)的發(fā)展隨之崛起
模較大的風電常并網運行的風電場在運行過程中可以得到大電網??的補償和支持，是當今世界利用風能的主要方式［３４］。??在并網型風力發(fā)電系統(tǒng)中，以風力發(fā)電技術中電機轉子轉速的特性為標準，??又可以將其分為恒速恒頻和定速恒頻兩大類型。恒速恒頻與變速恒頻的區(qū)別在于??其風電機轉速是否能夠根據風速的變化做出相應的變速調節(jié)［３５１。??２．１．１恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)??在恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)中，一般會選用同步發(fā)電機或者感應異步發(fā)電機，轉子??保持恒速與發(fā)電機配合運行。普通異步機風力發(fā)電系統(tǒng)模型圖如圖２．１所示。其??模型主要由普通感應發(fā)電機、變速齒輪箱、風力機、并聯(lián)補償電容器組成。由風??力機葉片旋轉捕獲和吸收風能，通過齒輪箱提速后使發(fā)電機將風能轉化為電能傳??輸進電網。??由于普通感應發(fā)電機無法提供電網線路和變壓器所需補給的無功功率，系統(tǒng)??通常需要投入并聯(lián)電容器組對系統(tǒng)進行無功支撐和勵磁作用。由于風能具有隨機??性和間歇性，但風力機并不能根據風速的實時變化而做出相應的調整達到最佳的??轉速，不能滿足最大風能的捕獲從而導致風力資源利用不充分，會降低發(fā)電的效??率，還會影響配電網的正常穩(wěn)定運行［３６］。??＼?圾輪筘??／?目?變腿??＼?托速轱???二二二二＝二?電容器??圖２．１普通異步風力發(fā)電系統(tǒng)模型圖??８??
低。??缺點：恒速恒頻型普通異步發(fā)電系統(tǒng)對風能的利用率低、對無功率功補償裝??置過于依賴、不可調控輸出功率、過于折損風力機和發(fā)電機壽命。這些缺點難以??解決，限制了此類型發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。??２．１．２變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)??變速恒頻風電系統(tǒng)優(yōu)點在于在各種不同實時風況條件下能及時地調整風力渦??輪機的運轉速度，使其始終追隨風速以最佳轉速運行，從而最大限度地實現了最??大風能的捕獲和利用，改善了發(fā)電機組的發(fā)電效率，優(yōu)化了風力機的運行條件。??（１）直驅式永磁同步風電系統(tǒng)??模型圖如圖２．２所示。該系統(tǒng)主要由永磁同步發(fā)電機、風力機、全功率變流??器、濾波器等構成，發(fā)電機采用直驅永磁電機，無需電勵磁系統(tǒng)，從而減少了勵??磁損耗。由于原動機需要變速運行，使得發(fā)電機的電壓產生波動，輸出頻率也不??穩(wěn)定，所以直驅式永磁同步電機通常需要配備功率交流變換器等電力電子裝置，??通過變流器進行整流工作將電能交流穩(wěn)壓和恒頻后再注入電網。變流器具有將發(fā)??電機與電網系統(tǒng)隔離的解耦能力，電網頻率可以不受發(fā)電機運行的影響，使得變??速恒頻類直驅永磁同步風電系統(tǒng)具有開闊的發(fā)展前景［３７］。??＼風力杻??＼?搜電抗志??＼?、＾?環(huán)節(jié)變換器??＼?Ｚ?ＩＺ?Ｚ?ｔＴ??濾波器??圖２．２直驅式永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)模型圖??優(yōu)點：相比普通發(fā)電機，省略了風力機和發(fā)電機之間的齒輪箱提速傳動裝置，??而是直接將兩者直接耦合。這樣對系統(tǒng)運行起到降噪效果，省去部分維修費用且??可靠性高。??缺點：相對其他發(fā)電機，永磁發(fā)電機的轉速過低，影響工作效率的同時也會??增加成本的投入。??（２）雙饋感應風力發(fā)電系統(tǒng)??該模型結構圖如下圖２．３所示。
本文編號：3504374
【文章來源】：南昌大學江西省 211工程院校
【文章頁數】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．４?２０１２－２０１９年中國風電新增裝機容量統(tǒng)計圖??我國風力發(fā)電產業(yè)的發(fā)展隨之崛起
模較大的風電常并網運行的風電場在運行過程中可以得到大電網??的補償和支持，是當今世界利用風能的主要方式［３４］。??在并網型風力發(fā)電系統(tǒng)中，以風力發(fā)電技術中電機轉子轉速的特性為標準，??又可以將其分為恒速恒頻和定速恒頻兩大類型。恒速恒頻與變速恒頻的區(qū)別在于??其風電機轉速是否能夠根據風速的變化做出相應的變速調節(jié)［３５１。??２．１．１恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)??在恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)中，一般會選用同步發(fā)電機或者感應異步發(fā)電機，轉子??保持恒速與發(fā)電機配合運行。普通異步機風力發(fā)電系統(tǒng)模型圖如圖２．１所示。其??模型主要由普通感應發(fā)電機、變速齒輪箱、風力機、并聯(lián)補償電容器組成。由風??力機葉片旋轉捕獲和吸收風能，通過齒輪箱提速后使發(fā)電機將風能轉化為電能傳??輸進電網。??由于普通感應發(fā)電機無法提供電網線路和變壓器所需補給的無功功率，系統(tǒng)??通常需要投入并聯(lián)電容器組對系統(tǒng)進行無功支撐和勵磁作用。由于風能具有隨機??性和間歇性，但風力機并不能根據風速的實時變化而做出相應的調整達到最佳的??轉速，不能滿足最大風能的捕獲從而導致風力資源利用不充分，會降低發(fā)電的效??率，還會影響配電網的正常穩(wěn)定運行［３６］。??＼?圾輪筘??／?目?變腿??＼?托速轱???二二二二＝二?電容器??圖２．１普通異步風力發(fā)電系統(tǒng)模型圖??８??
低。??缺點：恒速恒頻型普通異步發(fā)電系統(tǒng)對風能的利用率低、對無功率功補償裝??置過于依賴、不可調控輸出功率、過于折損風力機和發(fā)電機壽命。這些缺點難以??解決，限制了此類型發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。??２．１．２變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)??變速恒頻風電系統(tǒng)優(yōu)點在于在各種不同實時風況條件下能及時地調整風力渦??輪機的運轉速度，使其始終追隨風速以最佳轉速運行，從而最大限度地實現了最??大風能的捕獲和利用，改善了發(fā)電機組的發(fā)電效率，優(yōu)化了風力機的運行條件。??（１）直驅式永磁同步風電系統(tǒng)??模型圖如圖２．２所示。該系統(tǒng)主要由永磁同步發(fā)電機、風力機、全功率變流??器、濾波器等構成，發(fā)電機采用直驅永磁電機，無需電勵磁系統(tǒng)，從而減少了勵??磁損耗。由于原動機需要變速運行，使得發(fā)電機的電壓產生波動，輸出頻率也不??穩(wěn)定，所以直驅式永磁同步電機通常需要配備功率交流變換器等電力電子裝置，??通過變流器進行整流工作將電能交流穩(wěn)壓和恒頻后再注入電網。變流器具有將發(fā)??電機與電網系統(tǒng)隔離的解耦能力，電網頻率可以不受發(fā)電機運行的影響，使得變??速恒頻類直驅永磁同步風電系統(tǒng)具有開闊的發(fā)展前景［３７］。??＼風力杻??＼?搜電抗志??＼?、＾?環(huán)節(jié)變換器??＼?Ｚ?ＩＺ?Ｚ?ｔＴ??濾波器??圖２．２直驅式永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)模型圖??優(yōu)點：相比普通發(fā)電機，省略了風力機和發(fā)電機之間的齒輪箱提速傳動裝置，??而是直接將兩者直接耦合。這樣對系統(tǒng)運行起到降噪效果，省去部分維修費用且??可靠性高。??缺點：相對其他發(fā)電機，永磁發(fā)電機的轉速過低，影響工作效率的同時也會??增加成本的投入。??（２）雙饋感應風力發(fā)電系統(tǒng)??該模型結構圖如下圖２．３所示。
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