储能系统提高风力发电并网系统运行稳定性的研究

论文摘要

随着可再生能源越来越受到重视,风能因为其技术成熟可大规模利用的优点而成为研究的热点,而风电场并网运行则是实现风能大规模利用的最有效方式。然而由于风速随机性和间歇性,导致风电场功率具有较大的波动性,快速增长的风电装机容量使得风电场并网波动很大。另外,在外部电网发生故障时,也会造成风电场出口处的低电压及由此引起的风电场退出运行等等问题,对电网运行稳定性和经济性都带来很大影响。目前解决上述问题的方法主要有改善风电机组自身功率输出特性和利用储能装置改善风电场并网特性。鉴于目前的风力发电技术发展水平有限,本文将对利用储能系统提高风电并网系统运行稳定性从理论和仿真两方面进行研究。本文首先阐述了国内外风力发电的发展现状和存在的问题以及发展前景,分析了储能系统在风电并网系统中应用的可行性,利用储能系统平抑风电场功率波动和提高风电场故障穿越运行能力。其次,本文介绍了双馈风电机(DFIG)的动态特性,包括DFIG的基本原理、数学模型建立以及控制策略,并对DFIG风电场并网运行特性进行了仿真分析。再次,本文研究了储能系统应用于平抑风电场功率的波动,包括储能系统在风电场并网系统的应用模式,以及应用于平抑功率波动的控制策略,并以超导磁储能(SMES)为例,对利用SMES平抑DFIG风电场功率波动的效果进行了仿真分析,结果表明了控制策略的正确性,平抑波动效果明显,并能满足电网要求。最后,本文还对外部电网短路故障下风电场的响应特性进行了分析,研究了储能系统提高DFIG风电场故障穿越运行能力的控制策略,并对其效果在MATLAB/SINMULINK环境下进行了仿真分析,结果表明了控制策略的正确有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外风力发电的发展现状与趋势
• 1.3 风力发电发展的问题和前景
• 1.4 储能系统在风力发电并网系统中的应用
• 1.5 本课题研究的目的和意义
• 1.6 本文所做的工作
• 2 双馈风电机组（DFIG）的动态特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 DFIG 的基本原理
• 2.3 DFIG 的数学模型建立
• 2.4 双馈风机中的功率解耦控制
• 2.5 DFIG 的并网运行的仿真分析
• 2.6 本章小结
• 3 储能系统在风电并网系统中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 储能系统在风电并网系统的应用模式
• 3.3 储能系统的控制策略
• 3.4 储能系统对双馈风机风场功率波动的平抑效果分析
• 3.5 本章小结
• 4 储能系统提高风电并网故障运行稳定性研究
• 4.1 引言
• 4.2 DFIG 风电场在外部电网故障下的动态特性
• 4.3 储能系统提高双馈风电场故障穿越能力的控制策略
• 4.4 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 5 全文总结
• 5.1 总结
• 5.2 有待进一步开展的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士期间已发表或录用论文