基于分岔理论的含前端调速式风电机组风电场并网电压稳定性分析

发布时间：2020-10-15 21:21

　　 随着我国经济的快速发展,对能源的依赖度也越来越高,与此同时化石能源的大量开采也带来严重的环境问题。化石能源是不可再生资源,所以人们把目光转向了可再生能源;而风能作为一种可再生的能源,在全世界都有着巨大的蕴藏量,其可再生、无污染等特性,使风力发电成为全球可再生能源的发展方向之一。风力发电在我国经济中的地位提升,使我国的风电机组装机容量有了较快的发展,也对风电发电的要求越来越高,由于我国的风电技术研究相对于欧洲等地区,风电技术的基础薄弱,虽然在过去的数十年内,我国掌握了多项核心技术,但仍然存在一些问题:风电机组高端技术大多掌握在欧洲等国家。此外,由于风能资源具有高度的随机波动性和间歇性,大规模风电接入会对电网平衡、电网安全、电能质量等带来诸多严峻挑战。常规风电场更多关注风电机组和风电场满足电网安全稳定运行所要求的并网电压稳定性,严重影响了资源的充分利用和电网的安全运行。我国现有发电的风机机型大多数为异步风电机组,存在着无功功率输出能力不足、维护工作量大等问题。德国VOITH TURBO公司于2006年首先成功研制出前端调速式风电机组(front-end speed controlled wind generator,FSCWT)样机,前端调速式风电机组的设计和控制技术能够使风电场具备与常规发电厂类似的特性,最大限度地满足发电性能和电网安全稳定运行两方面的要求。因此,在2012年将FSCWT引进消化、吸收,在整机控制技术、零部件匹配与调试技术、系统布局与优化技术以及系统的安全性、可靠性、可维性评估等方面取得了一些成果。FSCWT调速的方式与常规的双馈风电机组不同,采用以液力变矩柔性传动取代刚性传动模式,该型机组省去了风电机组的变频装置,具有较高的可靠性、维护量少等特点,并解决了常规风电机组存在的低电压穿越能力不足的问题。本文的主要研究内容如下:(1)在掌握FSCWT机型的机理基础上,对机组的控制系统、励磁系统进行了阐述,建立含前端调速式风电机组风电场的并网模型,并确定采用3节点系统模型分析并网稳定性问题。(2)介绍分岔理论中的分岔现象,并对电网系统中的静分岔与动分岔进行了定义并简要介绍了静分岔与动分岔的分析方法,在此基础上对静分岔与动分岔进行了分类。(3)基于前端调速式风电机组风电场的并网模型,建立等值的3节点模型,并在Mat Cont仿真环境中采用含前端调速式风电机组风电场等值3节点模型。在此基础上,分析风速参数扰动下前端调速式风电场接入对电网电压稳定性影响,并分析励磁系统作用下节点电压随风速变化分析。最后分析负荷无功波动与励磁系统共同作用下的电压稳定性,并分析负荷侧有功功率波动时的电压稳定性。(4)在含前端调速式风电机组的简单电网系统中,分析负荷特性对电网电压稳定性的影响。将FSCWT接入电网,可将其看作为一个复杂的动态非线性系统。因此,基于分岔理论的含前端调速式风电机组风电场并网电压稳定性分析显得尤为必要。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM614;TM712
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 论文的选题背景和研究意义
        1.1.1 论文的研究背景
        1.1.2 论文的研究价值
    1.2 论文的国内外研究情况
        1.2.1 风电机组研究情况
        1.2.2 风电机组接入电网的电压稳定性研究现状
    1.3 论文的主要研究内容
2 分岔理论在电网中的基础知识
    2.1 电网中的分岔现象
        2.1.1 微分动力学中的基本概念和性质
        2.1.2 向量的场
        2.1.3 平衡状态点与稳定性态
    2.2 向量场中的分岔
        2.2.1 静分岔
        2.2.2 电网电压静分岔失稳的充分必要条件
        2.2.3 电网电压静分岔失稳分析方法
    2.3 向量场中的动分岔
    2.4 小结
3 前端调速式风电机组系统概述
    3.1 前端调速式风电机组的机理
        3.1.1 前端调速式风电机组的等效模型
        3.1.2 前端调速系统的结构原理
        3.1.3 前端调速式风电机组的控制图
    3.2 前端调速式风电机组的数学模型
        3.2.1 风力机的模型
        3.2.2 传动链模型
    3.3 励磁系统模型
    3.4 无刷电励磁同步发电机模型
    3.5 小结
4 风速及励磁系统双参数对并网电压稳定性影响
    4.1 前端调速式风电机组接入电网系统的模型
    4.2 风速波动对电网电压稳定性影响分析
    4.3 励磁系统与风速调节下电网电压随风速变化分析
    4.4 小结
5 基于WALVE综合模型的FSCWT系统多参数分岔分析
    5.1 前端调速式风电机组风电场参数扰动后的电压稳定性分岔分析
    5.2 负荷侧有功功率波动时的电压稳定性分岔分析
    5.3 负荷特性对电网系统电压稳定性影响
    5.4 小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间研究成果

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本文编号：2842259