直驱型风电系统谐波与谐振研究

【摘要】：随着国内可再生能源开发政策的引导，中国风电行业实现了突飞猛进的发展，中国风电并网容量迅速跃居世界第一。高速的发展带来了大量技术问题的爆发，大容量风电场能否安全并网成为主要关注问题，而风电场的谐波与谐振问题则直接影响到并网的电能质量。有鉴于此，本文主要研究直驱型风力发电系统的谐波与谐振问题。 为了对直驱型风电场的谐波问题进行全面和深入的分析，首先对风电场内各个元件建立相应的谐波分析模型。构成风电场电气系统的主要元件包含并网变换器、机端升压变压器、集电馈电系统以及变电站主升压变压器。除并网变换器外，其余元件的谐波模型在电力系统的谐波分析中已经较为成熟。因此，本文的工作重点主要集中在并网变换器的谐波源模型建立上，从网侧变换器的基本工作原理出发，针对不同频率范围下并网变换器的谐波特性，对网侧变换器分频段建立了高频谐波模型和低频谐波模型，与详细模型的仿真对比验证了本文提出的模型的有效性。 其次对风电场内的谐波谐振问题进行了系统分析。针对含25台永磁直驱风电机组的风电场仿真系统，对其谐波和谐振特性进行详细的分析。对于风电场内的谐振问题，主要考虑不同的因素对谐振点的影响，采用阻抗扫描法分析。但风电系统采用了本文所建立的谐波源模型，考虑了并网变流器输出阻抗对谐振点的影响，更能切合实际反映出风电场内的谐振特性。仿真结果表明，风场中的馈线拓扑结构、无功补偿装置、在运行风机台数以及电缆长度等都会影响到风电场内的谐振特性，需要在风电场规划设计时通盘考虑这些因素。 最后基于风电机组详细动态模型，系统分析了直驱型风电系统的谐波特性，剖析了多种工况下含风电场电力系统的谐波潮流分布，探讨了风电场谐波抑制措施和提高电力系统消纳风电能力的途径，设计了双调谐滤波器加装在并网点，仿真表明抑制谐波效果明显。 【关键词】：直驱型风电系统 风电场 谐波与谐振 谐波源模型
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景及研究的目的与意义9-11
• 1.2 国内外风电场谐波的研究现状11-16
• 1.2.1 谐波畸变的影响与危害11-12
• 1.2.2 风电场谐波的分析方法12-13
• 1.2.3 国外研究现状13-15
• 1.2.4 国内研究现状15-16
• 1.3 本文的主要研究内容16-18
• 第2章 风电场元件的谐波模型18-36
• 2.1 引言18-19
• 2.2 直驱型风力发电系统的谐波模型19-29
• 2.2.1 网侧变换器的工作原理20-22
• 2.2.2 网侧变换器的高频谐波特性22-26
• 2.2.3 网侧变换器的低频谐波特性26-29
• 2.3 变压器的谐波模型29-31
• 2.4 电力电缆的谐波模型31-32
• 2.5 电力系统谐波模型32-35
• 2.5.1 系统的背景电压畸变32-34
• 2.5.2 系统的谐波阻抗特性34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 风电场谐波及谐振特性分析36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 风电场的馈线拓扑36-39
• 3.3 风电场内的谐振特性研究39-45
• 3.4 风电场并网点电压谐波分析45-53
• 3.4.1 直驱型风电机组对并网点电压谐波的影响45-48
• 3.4.2 双馈型风电机组对并网点电压谐波的影响48-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章 风电场谐波抑制与风电并网能力提高策略54-64
• 4.1 引言54
• 4.2 直驱型风电场并网谐波的抑制54-59
• 4.2.1 滤波器特性分析54-56
• 4.2.2 风电场并网谐波滤波器设计56-59
• 4.3 风电场谐振放大对电力系统消纳风电能力的影响59-63
• 4.3.1 仿真系统概述59-60
• 4.3.2 含风电场电力系统的谐波潮流分析60-61
• 4.3.3 谐振放大对风电消纳能力的影响61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果70-72
• 致谢72

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