风力发电系统无功补偿与电压稳定的研究

论文摘要

随着大规模风力发电系统的规划与建设,风电场并网运行存在的电压稳定问题越来越严重。对风力发电系统的无功补偿保持电压稳定已成为风力发电系统继续发展的重要课题。本论文以并网双馈感应风力发电机系统为研究对象,针对通过控制策略的无功调节,加装动态无功补偿装置的无功调节进行了系统的研究。首先,在分析双馈风力发电系统数学模型的基础上,采用定子磁链定向矢量控制策略和电网电压定向矢量控制策略对其功率解耦特性进行了仿真,证明双馈感应发电机功率控制策略的有效性,可以不与外网交换无功,维持系统的无功平衡。其次,分析SVC(Static Var Compensator)的工作原理与控制特性,在MATLAB/Simulink中建立了基于对称分量法的SVC模型,研究了结合SVC动态无功补偿装置的基于双馈感应风力发电机变速风电机组的电压稳定性。最后,针对STATCOM的结构、工作原理进行了分析,并且在MATLAB/Simulink下建立了基于瞬时无功STATCOM(Static Synchronous Compensator)动态数学模型。研究了结合STATCOM动态无功补偿装置的基于双馈感应风力发电机变速风电机组的电压稳定性。通过含风电场的算例仿真分析比较了SVC和STATCOM的动态无功补偿效果,结果表明所建立的无功补偿模型是正确有效的,并能提高了风电机组的连续运行能力,能改善双馈感应风力发电系统的电压稳定性与电网安全稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外风力发电的发展和现状
• 1.3 国内外风力发电技术研究动态
• 1.4 课题研究内容
• 第2章 双馈感应风力发电系统
• 2.1 双馈感应风力发电系统运行原理
• 2.2 双馈感应风力发电系统数学模型
• 2.2.1 风力机的数学模型
• 2.2.2 轴系模型
• 2.2.3 双馈感应发电机动态数学模型
• 2.2.4 四象限变流器数学模型
• 2.3 双馈感应发电系统的功率关系
• 2.3.1 双馈感应电机稳态等效电路
• 2.3.2 双馈感应电机的功率流动分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 风力发电系统功率控制策略
• 3.1 风力发电系统功率控制策略
• 3.1.1 定子侧功率控制
• 3.1.2 网侧变换器侧功率控制
• 3.2 有功功率和无功功率的极限
• 3.3 风力发电系统仿真
• 3.3.1 风电场仿真系统
• 3.3.2 双馈风电机组功率控制仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 SVC 在风力发电系统的应用
• 4.1 SVC 的分类
• 4.1.1 TSC
• 4.1.2 TCR
• 4.1.3 TSC-TCR
• 4.2 SVC 无功动态补偿原理
• 4.3 SVC 仿真建模
• 4.3.1 SVC 的结构与控制模型
• 4.3.2 基于MATLAB 的SVC 模型仿真
• 4.4 算例仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 STATCOM 在风力发电系统的应用
• 5.1 STATCOM 工作原理
• 5.1.1 STATCOM 的基本结构
• 5.1.2 STATCOM 的基本原理
• 5.1.3 STATCOM 的特性曲线
• 5.2 STATCOM 的数学模型
• 5.2.1 坐标变换
• 5.2.2 STATCOM 的数学模型建立
• 5.2.3 STATCOM 的稳态功率与电流分析
• 5.3 STATCOM 控制原理
• 5.3.1 单δ控制
• 5.3.2 δ与θ配合控制
• 5.4 STATCOM 仿真建模
• 5.4.1 STATCOM 的结构与控制模型
• 5.4.2 基于MATLAB 的STATCOM 模型仿真
• 5.5 仿真算例
• 5.6 风电场STATCOM 装置与SVC 装置无功补偿对比
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要