基于SVC和STATCOM的风电场无功补偿研究

论文摘要

通过在MATLAB/Simulink下仿真分析了异步风力发电机组的稳态特性和暂态特性得出异步风力发电机在向电网输出有功功率的同时,还必须从电网吸收滞后性的无功功率,无功吸取如果不经过补偿直接并网,不仅对电网形成污染,妨碍有功功率的输出,而且还会造成线损增加,电网稳定性降低等问题。异步发电机在电网短路故障结束后吸收大量无功功率,会恶化电网无功状况,扩大无功缺额,使整个区域电网电压水平降低,甚至会诱发电压失稳乃至电压崩溃,提出在风电场中安装动态无功补偿装置的必要性。本论文在MATLAB/Simulink/Powersystem下建立动态无功补偿装置SVC、STATCOM的控制器模型,确定其参数,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SVC和STATCOM均能改善异步机风电场的暂态电压稳定性,确保风电机组连续运行及电网安全稳定。但SVC的补偿效果受电压的影响较大,由于SVC装置的工作原理,补偿能力受机端电压影响比较大,在外部电网电压偏低时,补偿效果相对于额定电压时有所下降。而STATCOM与现有的静止无功补偿装置(SVC)相比,具有调节速度更快、运行范围更宽、吸收无功连续、谐波电流小、损耗低、所用电抗器和电容器容量及安装面积大为降低等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 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 中国风力发电发展概况
• 1.2 研究的意义和目的
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.3.1 SVC 用于风电场无功补偿的研究现状
• 1.3.2 STATCOM 的研究现状
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 定速风力发电机组的数学模型和运行特性
• 2.1 定速风力发电机组基本原理与运行特性
• 2.1.1 定速风力发电机组的基本结构
• 2.2 定速风力发电机组的稳态模型及运行特性
• 2.2.1 异步发电机的稳态模型
• 2.2.2 定速风力发电机组的稳态特性
• 2.3 定速风力发电机组的动态模型及运行特性
• 2.3.1 定速风力发电机组的动态模型
• 2.3.2 定速风力发电机组的暂态特性
• 第三章 SVC 在风电场无功补偿中的应用
• 3.1 SVC（静止无功补偿器）的分类
• 3.1.1 TSC
• 3.1.2 TCR
• 3.1.3 TSC＋TCR
• 3.2 SVC 装置的补偿原理
• 3.3 SVC 的控制
• 3.3.1 无功电流的检测方法
• 3.3.2 无功测量
• 3.4 基于MATLAB 的SVC 仿真分析
• 3.4.1 SVC 的数学模型
• 3.4.2 SVC 模型的稳态和动态特性仿真
• 3.4.3 算例仿真
• 3.5 小结
• 第四章 STATCOM 在风电场无功补偿中的应用
• 4.1 STATCOM 的工作原理
• 4.2 STATCOM 控制系统的结构与基本功能
• 4.3 STATCOM 主控制器控制算法的实现
• 4.3.1 控制策略
• 4.3.2 控制的类型、结构
• 4.4 STATCOM 的数学模型
• 4.4.1 坐标变换
• 4.4.2 STATCOM 动态数学模型
• 4.5 STATCOM 模型参数的确定
• 4.5.1 等值电抗的选取
• 4.5.2 等值电阻的选取
• 4.5.3 直流侧储能电容值的选取
• 4.6 STATCOM 在风电场中的应用仿真研究
• 4.6.1 采用STATCOM 装置的定速风力发电机组稳态特性分析
• 4.6.2 采用STATCOM 装置的定速风力发电机组暂态特性分析
• 4.6.3 算例仿真
• 4.7 小结
• 第五章 风电场无功补偿方式的比较
• 5.1 并联电容无功补偿
• 5.2 风电场采用SVC 无功补偿方式
• 5.3 风电场采用STATCOM 无功补偿方式
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 存在的不足和后续研究工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢