鄱阳湖风电系统并网运行仿真分析

论文摘要

在近一二十年的时间里,风能作为一种可再生的绿色能源得到了长足的发展,受到了各国的广泛关注。但随着风电规模的不断扩大,由于风能的随机性和间歇性的特点,风电对电网稳定性的影响也越来越大,成为制约风电场建设规模的严重障碍。因此深入分析风电场与电网并网运行的影响,成为进一步开发风能所迫切需要解决的问题。本文以双馈风力发电系统为研究对象,着眼于并网风电场与电网之间的相互影响,特别是对系统稳定性的影响进行了深入的分析研究。基于MATLAB的仿真平台,结合鄱阳湖地区实际情况,对老爷庙风电场投产并网运行进行了稳定性方面的仿真分析,这将对今后风电场建设与就近并网运行具有重要的现实意义。所做的主要工作有:首先,根据已有资料,利用风资源评析方法对老爷庙风电场的风能资源进行分析评价,得出“可较好的应用于并网风力发电”的评价结果;并对就近电网情况、负荷预测及其相关的发展规划等进行描述,为以后风电场投产并网运行提供前提。其次,建立了双馈风力发电系统的稳态数学模型,在此基础上建立了包含集电系统的风电场稳态模型,采用一种异步发电机稳态数学模型和常规潮流计算方程交替迭代求解的方法,应用于实际电网并进行潮流计算。分析风电场接入系统对系统潮流和网损的改变情况,并为研究风电场并网运行的动态特性提供了前提条件。再次,利用MATLAB/Simulink的软件平台,在进行风速和风机特性仿真的同时,以建立的数学模型为基础搭建了双馈风机组数字仿真模块。并以模拟实际风为例,对由66台机容量为1500kW的双馈感应风电机组成的风电场并网后的运行性进行了仿真实验研究。最后,结合江西省风力发电项目,预期2010年在九江老爷庙投产风电场的情况,仿真分析了九江电网并入一定容量风电场后系统的稳定性和对电能质量的影响。通过MATLAB/Simulink软件,实现了含有风电场的电力系统动态仿真。仿真模拟了风电场启动、与系统解列及风电场受到风速干扰后,系统电网的动态稳定性。分析得出,由于网架结构合理、坚固及双馈风力发电机拥有较完善的控制系统,输出特性良好,老爷庙风电场并网运行对电网造成的影响并不大,整个系统是动态稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 国内外风力发电发展现状
• 1.2.1 世界各国风电发展概况
• 1.2.2 国内风电发展概况
• 1.3 风电场并网对电力系统的影响
• 1.3.1 风电并网过程对电网的冲击
• 1.3.2 并网对电网电压和稳定性的影响
• 1.3.3 并网对电网频率的影响
• 1.3.4 并网对电网继电保护装置的影响
• 1.3.5 并网对电能质量的影响
• 1.4 本文研究的内容及主要工作
• 第2章 鄱阳湖地区典型风电场建设条件分析
• 2.1 鄱阳湖地区风能资源储量
• 2.1.1 鄱阳湖地区风能资源
• 2.1.2 湖区风能资源总体评价
• 2.1.3 风能开发最佳区域
• 2.2 老爷庙风电场概况
• 2.2.1 老爷庙风电场场址的地理位置
• 2.2.3 老爷庙风电场场址的地形地貌
• 2.2.4 风电场场址处的气象特点
• 2.3 老爷庙风电场风能资源评价
• 2.3.1 风能资源分析评价标准
• 2.3.2 老爷庙风能资源分析评价结果
• 2.4 九江电网简介
• 2.4.1 电力系统现状
• 2.4.2 九江供电区负荷预测
• 2.4.3 2010年电网发展规划简介
• 2.5 本章小结
• 第3章 风力发电系统的数学模型
• 3.1 风速模型
• 3.2 风力机模型
• 3.2.1 风能转换模型
• 3.2.2 传动装置模型
• 3.2.3 桨距角控制模型
• 3.3 异步发电机模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 风力发电系统的稳态分析
• 4.1 引言
• 4.2 风力发电机组的稳态数学模型
• 4.2.1 双馈异步发电机稳态数学模型
• 4.2.2 风电场的稳态模型
• 4.3 风电系统潮流计算步骤
• 4.4 基于M语言的风电场潮流程序实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 鄱阳湖地区风电系统并网运行动态仿真
• 5.1 仿真技术概述
• 5.2 动态仿真中常规元件的数学模型
• 5.2.1 同步发电机模型
• 5.2.2 负荷的数学模型
• 5.2.3 电力网络的数学模型
• 5.2.4 风电场模型简化
• 5.3 动态仿真实验系统
• 5.3.1 仿真实验系统的初值设置
• 5.3.2 仿真实验系统的动态仿真
• 5.4 风电场并入九江电网的动态仿真分析
• 5.4.1 风电场启动时的动态仿真
• 5.4.2 风速干扰对电网影响的动态仿真
• 5.4.3 负荷扰动下风电机群接入系统的动态仿真
• 5.4.4 风电场出口处短路故障的动态仿真
• 5.4.5 风电场切机时的动态仿真
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A
• 附录 B
• 附录 C
• 附录 D
• 攻读学位期间的研究成果