大规模风电脱网对地区电网稳定性影响的研究

【摘要】：在世界经济全球化高速发展的今天,能源危机与环境污染成为当今社会面临的两大紧迫问题。风力发电作为一种可再生的清洁能源,对其开发利用十分必要。变速恒频双馈异步发电机(doubly fed induction generator, DFIG)是当今世界主流风力发电机,拥有大量市场份额。其具有调速范围广、有功功率和无功功率可独立调节、变频器容量小、风能捕获能力强等优点。随着风电机组单机容量和风电场规模的增大,风力发电机与电网之间的相互影响越来越大。因此研究DFIG在不同穿透功率情况下风电场脱网后系统稳定性具有重要的意义。本文在仿真软件DIgSILENT/PowerFactory (DPF)环境下,以广东地区某一实际电网为研究对象,针对基于动态仿真的电网最大可接入风电容量和风力发电脱网对电力系统影响等问题进行研究。本论文主要完成了下述研究工作： (1)研究并分析了国内外风力发电背景及现状,梳理了国内外学者关于风电并网技术和风电脱网问题的研究成果。 (2)以双馈异步风力发电机为基础,建立了风力发电系统的数学模型和风力机系统模型。其中包括风力机转矩数学模型、传动系统数学模型、桨距角控制数学模型。给出了三相静止坐标系和两相同步速旋转坐标系的坐标变换关系,推导出双馈异步发电机在三相静止坐标系和两相同步速旋转坐标系下的数学模型。 (3)在DPF仿真环境下建立基于DFIG的单机无穷大系统,对其自身的稳定性进行研究,得出DFIG自身没有机电暂态失稳现象的结论,也不存在与系统中同步发电机之间的失步问题。 (4)分析了风电机组脱网机理,并对低电压穿越进行总结,为研究风力发电机组因故障脱网后对电力系统的影响提供理论依据。 (5)通过深入研究影响电网最大可接入风电容量的主要因素,以广东某一地区电网为例,确定了适用于该地区电网最大可接入风电容量的方法,并对该地区电网进行基于动态仿真的最大可接入风电容量研究,得出该地区电网最大可接入风电容量。最后研究了不同风电穿透功率情况下风电机组脱网后地区电网稳定性问题。 【关键词】：风力发电 双馈异步发电机 稳定性 时域仿真 脱网
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM712;TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 国内外风力发电背景及现状13-16
• 1.2 课题研究背景及来源16
• 1.3 国内外研究现状16-20
• 1.3.1 风电并网技术的研究16-18
• 1.3.2 风电脱网问题的研究18-20
• 1.4 论文主要研究内容20-21
• 第二章 风力发电系统的数学模型21-31
• 2.1 双馈异步风力发电机的运行22-23
• 2.2 风力机系统模型23-25
• 2.2.1 风力机转矩模型23-24
• 2.2.2 传动系统模型24
• 2.2.3 桨距角控制模型24-25
• 2.3 双馈异步风力发电机的数学模型25-30
• 2.3.1 三相静止坐标系下数学模型25-27
• 2.3.2 坐标变换原理27-29
• 2.3.3 两相同步速旋转坐标下数学模型29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 风电场对电力系统暂态稳定性影响31-43
• 3.1 电力系统稳定性概述31-32
• 3.2 仿真软件DPF简介32-33
• 3.3 DFIG稳定性分析33-35
• 3.4 含风电的电力系统稳定性分析35-37
• 3.4.1 同步机并列系统36
• 3.4.2 风电场和同步机并列系统36-37
• 3.5 风电脱网机理分析37-42
• 3.5.1 低电压穿越概述38-40
• 3.5.2 风机脱网对电力系统的影响40
• 3.5.3 风机脱网后对风电场电压暂态的影响40-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 基于动态仿真的最大可接入风电容量研究43-63
• 4.1 引言43-44
• 4.2 电网最大可接入风电容量的主要因素44-45
• 4.2.1 风电机组类型和无功补偿状况44
• 4.2.2 系统中常规机组的调节能力44
• 4.2.3 风电场并网系统的网络结构44-45
• 4.2.4 风电场与电网的联接方式45
• 4.2.5 地区负荷特性45
• 4.3 最大可接入风电容量的主要分析方法45-47
• 4.3.1 稳态潮流仿真法45-46
• 4.3.2 时域仿真法46
• 4.3.3 静态安全约束和优化的方法46
• 4.3.4 频率约束法46-47
• 4.4 算例分析47-62
• 4.4.1 稳态分析确定最大可接入风电容量47-55
• 4.4.2 时域仿真验证最大可接入风电容量55-62
• 4.4.3 风电穿透功率极限计算62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 风力发电脱网对电力系统影响的研究63-76
• 5.1 引言63
• 5.2 风电机组脱网对地区电网电压稳定性影响分析63-72
• 5.2.1 风电穿透功率16%工况下63-68
• 5.2.2 风电穿透功率28%工况下68-72
• 5.3 风电机组脱网对地区电网频率稳定性影响分析72-75
• 5.3.1 冬季小方式下73-74
• 5.3.2 夏季大方式下74-75
• 5.4 本章小结75-76
• 结论与展望76-78
• 参考文献78-81
• 攻读学位期间发表的论文81-83
• 致谢83

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