风电场接入电网的电压稳定性分析

论文摘要

风力发电作为技术最为成熟的可再生能源利用方式之一,在世界范围内获得了快速发展。随着风电场容量和规模的持续扩大,其并网运行对电力系统所带来的影响也越来越明显。风电场接入电网的安全和稳定问题已成为电力系统稳定性研究的一个重要方面。本文着重分析风电场接入电网的电压稳定性问题,主要研究工作包括:（1）在分析了三种主要的风力发电系统类型及其优缺点的基础上,对风力发电系统中各模块的数学模型进行了详细分析与推导。（2）运用PSASP软件的用户程序接口（UPI）模块调用动态链接库文件LF-UPO.dll,建立了用于稳态仿真的风电机组的潮流计算模型;以某个实际并网风电场作为算例,应用P-V曲线法对风电场接入电网的静态电压稳定性进行了分析,确定了不同运行方式下风电场静态电压稳定的极限点。（3）引入特征结构分析法,对风电场并网系统收敛潮流雅可比矩阵进行了特征结构分析,基于Matlab软件的M文件环境编制了算法程序,采用最小模特征值和节点参与因子作为衡量指标,分析了风电场接入电网对原有电力系统静态电压稳定性的影响;将STATCOM的稳态模型加入到潮流方程中,建立计及STATCOM的风电场并网系统静态电压稳定的特征结构分析模型,以静态稳定裕度作为衡量指标,探索了STATCOM对静态电压稳定的改善作用。（4）运用PSASP软件的用户程序接口（UPI）模块调用动态链接库文件ST-UPO.dll,建立了用于动态仿真的风电机组的暂态计算模型;以单台风电机组接入无穷大系统作为算例,对风电机组的暂态特性进行了仿真分析;然后又以某个实际并网风电场作为算例,对基于普通异步发电机的风电场和基于双馈感应发电机的风电场接入电网的暂态电压稳定性进行了对比研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 能源、环境与可持续发展
• 1.1.2 国内外风力发电发展状况
• 1.1.3 研究问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 风电场并网运行的特点
• 1.2.2 风电场并网运行所带来的相关问题
• 1.2.3 风电场并网电压稳定性研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 2 风力发电机组及其数学模型
• 2.1 风力发电机组的分类
• 2.2 风速模型
• 2.2.1 基本风
• 2.2.2 阵风
• 2.2.3 渐变风
• 2.2.4 随机噪声风
• 2.3 风力机模型
• 2.3.1 空气动力学模型
• 2.3.2 机械传动部分模型
• 2.3.3 桨距角控制系统模型
• 2.4 普通异步发电机模型
• 2.4.1 普通异步发电机动态模型
• 2.4.2 普通异步发电机静态模型
• 2.5 双馈感应发电机模型
• 2.5.1 双馈感应发电机动态模型
• 2.5.2 双馈感应发电机静态模型
• 2.6 小结
• 3 风电场接入电网的静态电压稳定性分析
• 3.1 电压稳定性概述
• 3.2 基于P-V曲线法的风电场并网系统静态电压稳定性分析
• 3.2.1 P-V曲线法
• 3.2.2 PSASP仿真软件介绍
• 3.2.3 风电机组稳态计算模型的UPI实现
• 3.2.4 实例仿真系统介绍
• 3.2.5 基于普通异步发电机的风电场静态电压稳定性
• 3.2.6 基于双馈感应发电机的风电场静态电压稳定性
• 3.2.7 不同风力发电机类型的风电场接入比较
• 3.3 基于ESA的风电场并网系统静态电压稳定性分析
• 3.3.1 ESA理论
• 3.3.2 ESA对异步机风电场并网系统静态电压稳定的研究
• 3.3.3 ESA对双馈机风电场并网系统静态电压稳定的研究
• 3.3.4 STATCOM对风电场并网系统静态电压稳定性的影响
• 3.4 小结
• 4 风电场接入电网的暂态电压稳定性分析
• 4.1 风电机组暂态计算模型的UPI实现流程
• 4.2 单台风电机组接入无穷大系统的仿真分析
• 4.2.1 单机无穷大系统概述
• 4.2.2 普通异步风电机组的暂态特性仿真
• 4.2.3 双馈感应风电机组的暂态特性仿真
• 4.3 基于两种类型风电机组的风电场暂态电压稳定性对比分析
• 4.3.1 风速扰动下的仿真与对比
• 4.3.2 故障扰动下的仿真与对比
• 4.4 小结
• 5 总结与展望
• 5.1 对研究工作的总结
• 5.2 进一步工作的展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果