风电场对电网电能质量影响的研究

论文摘要

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成为重要课题。早期风电的单机容量较小,大多采用结构简单、并网方便的异步发电机,直接和配电网相连。而风电场所在地区往往人口稀少,处于供电网络的末端,承受冲击的能力很弱。而且随着变速恒频电机、双馈电机等新型发电机组的应用推广,风电并网给配电网带来谐波污染、电压波动及闪变等电能质量问题日益严重。随着风电场规模的不断扩大,接入大电网引发的电能质量问题引起了广泛的重视。本文分析了风力发电机组并网对电网电能质量的影响,深入探讨了引起电压波动与闪变、电压偏差以及电力谐波等问题的机理、危害以及相关知识。对风电场引发的电能质量现象进行准确的故障定位、特征提取,为有效地评估电能质量问题,推进能质量分析的理论水平以及电能质量的检测与治理提供了必要的依据。本文主要内容包括:(1)分析风力发电场并网引起的电压偏差的机理,并找到有效的小波变换方法,对偏差的扰动电压波形进行有效的定位。(2)分析风电场引起电压波动与闪变的机理。着重考虑了塔影效应和风剪切对功率输出的影响。对比IEC闪变监测仪的闪变分析方法,提出适合风力发电场产生的闪变问题的检测方法。(3)分析风力发电机组产生高次谐波的原因。提出适合于我国的大型风力发电场造成的谐波问题的检测和定位方法,对引起波形畸变的各次谐波进行有效的分离。(4)根据信号的特性和奇异性检测原理,结合小波变换的模极大值理论,进行多分辨率分解,提取信号奇异点的小波变换模极大值,实现故障的准确定位。并利用小波变换时频局部化的自适应特性,提取暂态信号持续时间和故障幅值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 风电引起的电压波动和闪变问题的研究现状
• 1.2.2 风电引起的其它电能质量问题的研究现状
• 1.2.3 小波理论在电能质量检测方面的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 本文主要特色
• 第2章 风力发电机组类型及其运行特性
• 2.1 风力发电机组的分类
• 2.2 风力发电机组能量转换原理
• 2.3 常用的几种风电机组原理及结构
• 2.3.1 恒速风电机组原理及结构
• 2.3.2 变速风电机组原理及结构
• 2.3.3 双馈感应风电机组原理及结构
• 2.3.4 多级永磁风电机组原理及结构
• 2.3.5 总结
• 第3章 并网风电场引发的各种电能质量问题的研究
• 3.1 电能质量问题概述
• 3.1.1 电能质量的定义
• 3.1.2 电能质量的分类
• 3.1.3 电能质量的特点
• 3.2 并网风电场引起的电压波动和闪变问题的研究
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 电压波动与闪变的概念与模型
• 3.2.3 电压波动和闪变的危害
• 3.2.4 风电场引发电压波动和闪变的机理分析与原因
• 3.2.5 考虑塔影效应的等效风速模型与输出功率特性分析
• 3.2.6 结论
• 3.3 并网风电场引发的谐波问题的研究
• 3.3.1 谐波的概念和谐波畸变的定义
• 3.3.2 谐波的危害
• 3.3.3 风电场引发谐波问题的机理分析与原因
• 3.3.4 含风电场的电网高次谐波潮流研究
• 3.4 并网风电场引发的电压偏差问题的研究
• 3.4.1 电压偏差的基本概念
• 3.4.2 电压偏差的危害
• 3.4.3 风电场引发电压偏差的机理分析与原因
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于小波的风电场引起的电能质量问题的监测与定位
• 4.1 时频变换的信号分析方法
• 4.1.1 傅立叶变换的基本概念
• 4.1.2 短时傅立叶变换的基本概念
• 4.1.3 小波变换的基本概念
• 4.1.4 小结
• 4.2 基于小波变换的风电场电压波动与闪变仿真分析
• 4.2.1 基于Daubechies波动与闪变仿真分析
• 4.2.2 基于IEC闪变测试仪的波动与闪变仿真分析
• 4.2.3 小结
• 4.3 基于小波变换的风电场高次谐波仿真分析
• 4.4 基于小波变换的监测电能质量事件定位
• 4.4.1 基本小波函数的选取
• 4.4.2 基于模极大值原理的事件定位模型
• 4.4.3 事件定位的仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 基于SIMULINK合成风速仿真模型
• 附录B 基于SIMULINK含风剪切和塔影效应的三叶片合成风速仿真模型
• 附录C 基于SIMULINK合成风速作用于双馈风电机组仿真模型
• 攻读学位期间的研究成果