风力发电并网运行的稳定性控制研究

发布时间：2021-11-19 05:22

　　由于化石能源面临着资源紧缺、污染环境等问题,使得以风电为主的可再生新能源发电受到广泛关注、发展和应用。随着越来越多风电场与电力系统联网运行,当发生风速扰动或线路故障时,易造成电压失稳、无功缺额等现象,影响风电机组并网运行的稳定性。为了保证风电场的可靠并网和稳定运行,有效地改善风电发电并网运行的稳定性是十分必要的。本文在介绍不同类型的风力发电机特点的基础上,对各种风电机的特性进行对比和分析,在分析双馈风力发电机工作原理的基础上,通过矢量变换方法简化其数学模型,采用定子磁链定向矢量控制的控制策略,对风力机、风速模型和机械传动部分的工作特性和数学模型进行分析。论文利用MATLAB/Simulink软件平台对双馈风电并网系统进行建模和仿真,采用的理论方法有效解决了双馈风电机组在风速变化时对并网运行带来的稳定性影响。论文将采用d、q坐标下电流直接控制方法的STATCOM装置分别引入FSIG和DFIG风电系统,通过对系统提供动态无功补偿的方法提高系统暂态稳定性。在风速扰动、线路故障以及不同STATCOM容量的情况下进行风电系统并网运行仿真,仿真结果证明STATCOM能够有效提高风电系统的暂态电压稳... 

【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．４?２０１２－２０１９年中国风电新增装机容量统计图??我国风力发电产业的发展随之崛起

模较大的风电常并网运行的风电场在运行过程中可以得到大电网??的补偿和支持，是当今世界利用风能的主要方式［３４］。??在并网型风力发电系统中，以风力发电技术中电机转子转速的特性为标准，??又可以将其分为恒速恒频和定速恒频两大类型。恒速恒频与变速恒频的区别在于??其风电机转速是否能够根据风速的变化做出相应的变速调节［３５１。??２．１．１恒速恒频风力发电系统??在恒速恒频发电系统中，一般会选用同步发电机或者感应异步发电机，转子??保持恒速与发电机配合运行。普通异步机风力发电系统模型图如图２．１所示。其??模型主要由普通感应发电机、变速齿轮箱、风力机、并联补偿电容器组成。由风??力机叶片旋转捕获和吸收风能，通过齿轮箱提速后使发电机将风能转化为电能传??输进电网。??由于普通感应发电机无法提供电网线路和变压器所需补给的无功功率，系统??通常需要投入并联电容器组对系统进行无功支撑和励磁作用。由于风能具有随机??性和间歇性，但风力机并不能根据风速的实时变化而做出相应的调整达到最佳的??转速，不能满足最大风能的捕获从而导致风力资源利用不充分，会降低发电的效??率，还会影响配电网的正常稳定运行［３６］。??＼?圾轮筘??／?目?变腿??＼?托速轱???二二二二＝二?电容器??图２．１普通异步风力发电系统模型图??８??

低。??缺点：恒速恒频型普通异步发电系统对风能的利用率低、对无功率功补偿装??置过于依赖、不可调控输出功率、过于折损风力机和发电机寿命。这些缺点难以??解决，限制了此类型发电系统的发展。??２．１．２变速恒频风力发电系统??变速恒频风电系统优点在于在各种不同实时风况条件下能及时地调整风力涡??轮机的运转速度，使其始终追随风速以最佳转速运行，从而最大限度地实现了最??大风能的捕获和利用，改善了发电机组的发电效率，优化了风力机的运行条件。??（１）直驱式永磁同步风电系统??模型图如图２．２所示。该系统主要由永磁同步发电机、风力机、全功率变流??器、滤波器等构成，发电机采用直驱永磁电机，无需电励磁系统，从而减少了励??磁损耗。由于原动机需要变速运行，使得发电机的电压产生波动，输出频率也不??稳定，所以直驱式永磁同步电机通常需要配备功率交流变换器等电力电子装置，??通过变流器进行整流工作将电能交流稳压和恒频后再注入电网。变流器具有将发??电机与电网系统隔离的解耦能力，电网频率可以不受发电机运行的影响，使得变??速恒频类直驱永磁同步风电系统具有开阔的发展前景［３７］。??＼风力杻??＼?搜电抗志??＼?、＾?环节变换器??＼?Ｚ?ＩＺ?Ｚ?ｔＴ??滤波器??图２．２直驱式永磁同步风力发电系统模型图??优点：相比普通发电机，省略了风力机和发电机之间的齿轮箱提速传动装置，??而是直接将两者直接耦合。这样对系统运行起到降噪效果，省去部分维修费用且??可靠性高。??缺点：相对其他发电机，永磁发电机的转速过低，影响工作效率的同时也会??增加成本的投入。??（２）双馈感应风力发电系统??该模型结构图如下图２．３所示。


本文编号：3504374