风光联合发电系统并网运行技术的研究

论文摘要

随着经济的快速发展,能源的消耗逐年增加,常规能源面临日益枯竭的窘境,迫切需要可再生的新型清洁能源。在目前众多可再生能源与新能源技术开发中,潜力大、最具开发价值的是风能和太阳能。它们是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源。风力发电环境友好、技术成熟、可靠性高、成本低且规模效益显著,是发展最快的新型能源。光伏并网发电是近几年才发展起来的新技术,它为光伏的大规模利用提供了广阔的市场空间,代表着未来的前进方向。风力发电和太阳能发电能量变化趋势相反,可以形成能量互补。因而两者可以组成联合供电系统。很多与风光联合发电并网运行有关的技术课题亟待解决,例如,风电场并网会改变系统原有的潮流及网损的分布,对电网的规划提出了新的要求;可能给配电网带来电能质量问题,如谐波污染、电压波动及闪变;对系统的功角、频率以及电压稳定性产生不利影响;需要研究能够考虑风电特点的发电和运行计划方法;重新评估系统的发电可靠性,分析风电的容量可信度;研究新的无功调度及电压控制策略等。随着风电场的容量越来越大,对系统的影响也越来越明显,研究风电并网对系统的影响已成为重要课题。太阳能光伏发电系统在将直流电能经逆变转换为交流电能的过程中,会产生大量谐波。因此,太阳能光伏发电系统实际并网时需检测其谐波电压、电流是否满足国家标准,如不满足,需采取加装滤波装置等相应措施,滤波装置可与无功补偿装置配合安装。太阳能光伏发电系统所发电力功率因数较高,约在0.98以上,基本上为纯有功输出。为满足无功补偿按分层分区和就地平衡的原则,太阳能光伏发电系统应配置适当的无功补偿装置,以满足电网对无功的要求,提高电压质量,降低线损。本文针对风光联合发电并网运行有关的技术问题进行研究,即研究增加风、光新能源装置并网发电后,对整个系统潮流分布、电能质量及稳定性的影响,利用电力系统综合分析程序进行仿真分析计算,并提出解决问题的方法。对风电场和光伏电场并网对系统正常运行造成的影响,以及风电场接入系统的最大装机容量进行了分析计算。通过应用电力系统分析综合程序(PSASP),对风电系统在不同运行方式下作仿真计算,分别从稳态和动态方面分析了一定容量的风电场接入电力系统的运行情况。通过不同运行方式下的电力系统潮流计算,寻找能够使系统运行于静态安全稳定条件下的风电场最大容量。通过在一定的系统故障下动态仿真计算,确定电力系统暂态稳定性的风电场最大安装容量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 世界的能源问题与能源可持续发展
• 1.1.2 国外风力发电发展概况
• 1.1.3 我国风力发电发展和现状
• 1.1.4 国外光伏发电的历史和现状
• 1.1.5 我国光伏发电概况
• 1.2 风力发电并网运行技术及研究现状
• 1.2.1 风电场及风力发电机组
• 1.2.2 风力发电的储能系统及发展趋势
• 1.2.3 并网型风力发电的特点
• 1.2.4 风力发电场并网问题及对电力系统的影响
• 1.3 太阳能光伏发电并网运行技术
• 1.3.1 太阳能发电的基本理论
• 1.3.2 太阳能电池发电系统的运行方式及应用前景
• 1.3.3 光伏并网发电技术
• 1.3.4 采用太阳能光伏系统并网技术时应考虑的问题
• 1.4 风力发电-太阳能发电联合运行
• 1.5 论文工作的主要内容
• 本章小结
• 第二章 风能和太阳能发电系统
• 2.1 风力发电系统模型
• 2.2 风力发电系统的风力机
• 2.2.1 风力发电机组的类型及基本运行特性
• 2.2.2 风力发电机的变速运行和恒速运行
• 2.2.3 风力发电机的调速装置
• 2.2.4 风力发电机的功率特性
• 2.3 风电场接入系统的形式
• 2.3.1 风电场的电压等级
• 2.3.2 并网型风力发电机组
• 2.4 风力发电机组的并网技术
• 2.4.1 风力发电机并网控制方式
• 2.4.2 同步风力发电机组的并网方式
• 2.4.3 异步风力发电机组的并网方式
• 2.5 风电场并网对电力系统的影响
• 2.5.1 风电并网过程对电网的冲击
• 2.5.2 对电网频率的影响
• 2.5.3 对电网电压的影响
• 2.5.4 对电网稳定性的影响
• 2.5.5 对电网继电保护装置的影响
• 2.5.6 对电能质量的影响
• 2.6 太阳能光伏并网发电
• 2.6.1 太阳能光伏发电系统基本类型
• 2.6.2 太阳能光伏并网发电系统的研究
• 2.6.3 最大功率点跟踪方法
• 2.7 风能、太阳能联合发电的提出
• 本章小结
• 第三章 含有风电场和太阳能电场的电力系统仿真计算
• 3.1 引言
• 3.2 PSASP 仿真软件介绍
• 3.2.1 PSASP 的体系结构
• 3.2.2 PSASP 的功能
• 3.3 电力系统仿真分析中同步发电机数学模型
• 3.3.1 派克方程
• 3.3.2 导出模型
• 3.3.3 简化模型
• 3.3.4 模型阶次的选择
• 3.3.5 电力系统分析综合程序中同步电机数学模型简介
• 3.4 含风电场和光伏电场的电力系统潮流计算方法及其仿真计算
• 3.4.1 含风电场的电力系统潮流计算方法
• 3.4.2 异步发电机的PQ 模型
• 3.4.3 以某海岛为例进行的潮流计算
• 本章小结
• 第四章 并网风电场最大安装容量的计算与分析原则
• 4.1 引言
• 4.2 风电场的穿透功率极限定义
• 4.3 影响风电场穿透功率极限的主要因素
• 4.4 风电场最大安装容量的计算方法
• 4.4.1 根据稳态仿真计算风电场最大安装容量
• 4.4.2 根据动态仿真求取风电场最大安装容量
• 4.5 算例分析
• 本章小结
• 第五章 改善风光并网运行电力系统电能质量及稳定性措施
• 5.1 无功功率补偿和谐波抑制
• 5.1.1 无功功率补偿的含义及重要意义
• 5.1.2 谐波污染和谐波抑制
• 5.2 静止无功补偿器作用和并联有源滤波器原理
• 5.2.1 静止无功补偿器对风电场运行性能的改善
• 5.2.2 并联型有源滤波器的工作原理
• 5.3 提高风光联合发电并网运行的电网稳定性措施
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢