风力发电对电力系统稳定控制的影响研究

论文摘要

在当今能源日渐短缺、气候急剧变化、环境日益恶化的全球背景下,风能作为一种清洁、可再生能源受到各国的高度关注。据全球风能理事会(GWEC)的统计数据显示,1996年至2009年期间,世界风电累计装机的平均增长速度达到了28.6%,显示了快速、持续增长的势头。我国幅员辽阔,海岸线长,风能资源丰富。2008年以来,在国家能源局的组织下,以各省风能资源普查及风电建设前期工作为基础,七个千万千瓦级风电基地规划相继完成。这七大风电基地大都处于电网末端,电网网架结构不够坚强、电源结构较为单一,风电的大规模接入必将对这些地区电网稳定运行带来很大压力。因此,深入研究大型风电场接入电网对系统稳定性的影响成为进一步开发风电所要迫切解决的问题。本文的首先介绍了几种主要的风力发电系统的类型和基本工作原理,并针对鼠笼式异步风力发电系统和双馈式异步风力发电系统建立了动态数学模型,主要包括风速模型、空气动力学模型、传动装置模型、桨距控制系统模型、发电机模型以及风电场的等值模型,其中发电机模型包括鼠笼式异步发电机模型和双馈式异步发电机模型。其次,在Matlab/Simulink仿真环境下分别搭建由鼠笼式异步发电机构成的风电场并网系统模型和由双馈式异步发电机构成的风电场并网系统模型,并通过仿真分析,研究鼠笼式异步风力发电系统的稳定机理和双馈式异步风力发电系统的稳定机理。双馈式异步风力发电机组的有功功率和无功功率解耦,这就意味着可以对转矩和转子励磁电流进行独立控制。由于双馈式异步风力发电机组具有无功控制能力,能够提供电网电压支持,所以与鼠笼式异步风力发电机组相比,双馈式异步风力发电机组更具有明显的优势,是今后风力发电机组的主要发展方向之一。最后,在以上研究的基础上,在Matlab/Simulink仿真环境下搭建了含双馈式异步发电机构成风电场的三机系统模型,通过对风速扰动、风电场出口故障、系统线路故障三种扰动进行动态仿真,分析了三种扰动对风电场的稳定性、系统的功角稳定和电压稳定的影响。并提出风电场的安全容量比重概念。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 风电对电力系统的影响及研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 2 风力发电的数学模型和分析
• 2.1 引言
• 2.2 风力发电系统类型
• 2.3 风电机组数学模型
• 2.4 风电场模型
• 2.5 本章小结
• 3 鼠笼式异步风力发电系统运行仿真分析
• 3.1 引言
• 3.2 仿真系统概述
• 3.3 仿真内容与结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 双馈式异步风力发电系统运行仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 仿真系统概述
• 4.3 仿真内容与结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 风电场接入电网对系统稳定性的影响
• 5.1 引言
• 5.2 电力系统稳定性基础概念
• 5.3 仿真系统概述
• 5.4 仿真内容与结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献