风力发电经分频输电系统并网技术研究

论文摘要

风力发电和太阳能等新型环保、可再生能源已成为电力系统的一个新的发展方向,随着风电装机容量的逐步扩大,并网型的风电场成为风力发电的主要形式。由于风能资源地远离电力负荷中心,因此大容量、远距离风电传输并网技术是发展风力发电时急需研究的重点和难点。本文分析了现有海上风电传输并网模式存在的问题,以及各种风力发电机组的特点,探讨了新型分频输电技术在海上风力发电中的应用,并提出“直驱永磁同步风力发电机组+基于矩阵式交交变频器的分频输电”的海上风电柔性分频输电系统模型。在传统的设计中,分频输电系统终端必须用铁磁型倍频变压器将低频发电机发出的电能转换为工频电能,但诸多的研究和试验表明,这种变压器的设计和运行存在许多问题,且效率低。因此本文研究了采用矩阵式交交变频器替代铁磁型倍频变压器建立分频输电系统的方案,在MATLAB/Simulink环境下利用SimPowerSystems等工具箱搭建了矩阵式交交变频器的仿真模型,进而建立了整个海上风电柔性分频输电系统的仿真模型。在上述模型基础上,研究了系统的稳态运行状态,着重分析了系统的传输容量和输送效率、谐波和无功补偿等问题。本文分析结果表明,基于矩阵式交交变频的柔性分频输电系统是分频输电技术和电力电子技术灵活、高效的结合,为大容量、远距离的海上风电场提供了一种极具潜力的输电并网技术方案。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 风力发电
• 1.1.1 风力发电现状
• 1.1.2 海上风力发电概况与发展趋势
• 1.2 分频输电系统
• 1.2.1 分频输电系统的研究与应用现状
• 1.2.2 分频输电系统的优势
• 1.3 本文主要工作
• 2 并网型风力发电技术研究
• 2.1 并网型风力发电的特点
• 2.2 海上风电传输并网
• 2.3 并网型风力发电机组
• 2.3.1 风力发电机组分类
• 2.3.2 直驱永磁同步风力发电机组
• 2.4 小结
• 3 矩阵式交交变频器
• 3.1 矩阵式交交变频器应用于分频输电系统的技术背景
• 3.2 矩阵式交交变频器的原理及工作特性
• 3.2.1 矩阵式交交变频器的拓扑结构
• 3.2.2 矩阵式交交变频器的工作原理
• 3.2.3 矩阵式交交变频器的控制策略
• 3.2.4 矩阵式交交变频器的空间矢量调制
• 3.2.5 矩阵式交交变频器的换流
• 3.3 矩阵式交交变频器的仿真
• 3.3.1 MATLAB/Simulink仿真集成环境和SPS工具箱
• 3.3.2 矩阵式交交变频器仿真模型的构成
• 3.3.3 仿真模型的主电路模块
• 3.3.4 仿真模型的控制模块
• 3.4 矩阵式交交变频器的仿真结果
• 3.5 小结
• 4 海上风电柔性分频输电系统的建模及仿真
• 4.1 海上风电柔性分频输电系统模型的理论分析
• 4.2 海上风电柔性分频输电系统仿真模型的建立
• 4.2.1 海上风电场、工频电网与负载
• 4.2.2 输电线路模块
• 4.2.3 矩阵式交交变频换流站模块
• 4.2.4 无源滤波器组与无功补偿电容
• 4.2.5 信号的测量与分析
• 4.3 小结
• 5 稳态运行方式分析
• 5.1 系统仿真模型主要参数
• 5.1.1 工频电网、海上风电场与负载
• 5.1.2 矩阵式交交变频换流站相关参数
• 5.1.3 输电线路参数
• 5.1.4 滤波器参数
• 5.1.5 Simulink仿真参数
• 5.2 稳态运行方式分析
• 5.2.1 仿真结果
• 5.2.2 谐波分析
• 5.2.3 功率及传输效率分析
• 5.3 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集