文档介绍：中国电力科学研究院
博士学位论文
大型风电场接入电网的稳定性问题研究
姓名:迟永宁
申请学位级别:博士
专业:电力系统及其自动化
指导教师:戴慧珠;王伟胜
20061201
摘要随着风电装机容量在电网中所占比例越来越高,风力发电对电网的影响范围从局部逐渐扩大。目前,风电接入电网出现了与以往不同的特点,表现为;单个风力发电场容量增大绲绯〗尤氲缤牡缪沟燃陡摺T黾拥姆绲缃入容量与接入更高的电压等级使得电网受风电影响的范围更广。在风电穿透功率较大的电网中,由于风电注入改变了电网原有的潮流分布、线路传输功率与整个系统的惯量,并且由于风电机组与传统同步发电机组有不同的稳态与暂态特性,因此风电接入后电网的电压稳定性、暂态稳定性及频率稳定性都会发生变化。本文对大型风电场接入电网的稳定性问题进行了研究,主要研究内容包括:云胀ㄒ觳椒⒌缁八ɡ「杏Φ缁谕叫2慰甲晗迪碌亩程及静态方程进行了推导;对风电机组的空气动力学模型、机械传动系统的轴系模型及桨距角控制模型进行了建模分析;最后给出了基于普通异步发电机的恒速风电机组与基于双馈感应发电机的变速风电机组的总体模型结构。曰谒ɡ「杏Ψ⒌缁谋渌俜绲缁榭刂颇P徒辛朔治鲇胙芯俊推导了双馈感应电机转子侧变频器与电网侧变频器的解耦控制原理;给出了双馈变速风电机组综合控制系统模型、双馈感应电机的转子侧变频器与电网侧变频器控制器模型及风力机控制系统的模型。治鲅芯苛朔绲绯〗尤氲缤蟮缤缪刮榷ㄐ越档偷幕怼1冉狭艘步发电机与双馈感应发电机不同的有功~无功特性,给出了稳态潮流计算中两种不同发电机的潮流模型。肞~~叩木蔡缪刮榷ǔ绷鞣治龇椒ń岷隙允导氏低车仿真计算,对于普通异步机风电场与基于双馈感应电机的变速风电场接入后导致的静态电压稳定性降低的原因进行了比较研究;最后比较了用动态仿真方法分析风速变化扰动导致的电压失稳与静态玍曲线分析方法分析风电场有功功率增加导致的静态电压失稳结果的差异。曰谄胀ㄒ觳椒⒌缁暮闼俜绲缁榈脑萏缪刮榷ㄐ越辛朔治觯研究了故障时两质块轴系模型松弛特性栽萏缪刮榷ǖ挠响;在中建立了P汀模型及用于暂态稳定控制的快速桨距角控制模型;提出了结合等动态无功补偿装置与用于暂态稳定控制的桨距角控制的综合控制用于改善基于异步机的恒速风电机组的暂态电压稳定性。岢隽怂ɡ〉缁W硬啾淦灯鞯脑萏缪箍刂朴胗糜谠萏榷ǹ刂频快速桨距角控制以增强双馈变速风电机组的暂态电压稳定性;双馈电机转子侧变中国电力科学研究院博士学位论文
频器暂态电压控制能够充分发挥双馈电机的动态控制能力,充分利用双馈电机的无功容量,改善双馈变速风电机组的暂态电压稳定性。苑绲绯〔⑼缘缤德饰榷ㄐ缘挠跋旖辛搜芯浚悍治隽说缌ο低固有的频率特性;比较分析了不同发电机技术的风电机组的频率响应特性;提出了用于双馈电机的附加频率控制环节,能够对电网的频率降低做出响应,表现出变速风电机组惯量作用;在系统损失部分发电电源后关键的初始几秒钟时间内控制双馈风电机组使其释放出风机叶轮、转子轴系中储存的动能以增加风电机组发出的功率,支持电网频率,降低电网频率变化率。关键词:风电机组,变频器,电压稳定性,动态无功补偿,桨距角控制,频率稳定性.
胁黜鷑躵;..躷豻..·.;中国电力科学研究院博士学位论文甀,:畇籪猇甌嵋
錮篧.;.籺.,;,現
⒄任何现代社会的发展都离不开能源的供应,而能源供应的主要形式是电力供应,因此,一个现代社会的发展程度与这个社会电力能源的供应与消耗情况是密切相关的。在现代社会里,工业用电量及民用电量随着社会发展不断地快速增加,使得人类对化石类燃料的依赖程度达到了史无前例的地步,也对人类赖以生存的地球环境造成极大伤害。目前全世界使用的能源有百分之九十取自化石燃料:煤炭、石油和天然气,它们经历了上亿年的时间才得以形成,因此不可再生;随着人口增加和经济增长等因素导致能源需求不断上升,化石燃料储量很可能会加快萎缩,并最终枯竭。按照目前全世界对化石燃料的消耗速度计算,这些能源可供人类使用的时间大约还有几十年或者上百年。从环境方面来看,燃烧化石燃料,会产生诸如二氧化硫、微粒等空气污染物,加剧烟雾、酸雨的形成,特别是二氧化碳气体急剧增加,温室效应大大增强,开始形成全球性气候变暖的趋势。如果大气温度上升超过一定临界值,可能导致气候突变,使得某些地区气温急剧升高,某些地区气温急剧下降,给整个人类社会带来毁灭性灾难,对自然环境和人类生活将造成不可逆转的破坏。面对早晚必将到来的能源危机与减缓地球环境恶化的双重压力,世界各国都在积极寻求发展可替代能源,探索可持续发展的能源战略。.夥缌Ψ⒌绶⒄垢趴风力发电作为目前可再生能源开发利用中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电方式之一,由于其在减轻环境污染、调整能源结构、