双馈感应风电机组并网运行动态仿真分析及研究

【摘要】： 近年来电力电子器件制造及其应用技术的飞速发展，使得大型变速恒频风电机组成为风电机组主要的技术发展方向之一，而能柔性连接风电机组及电力系统的变速恒频双馈风电机组已成为目前风电开发的主流机型。因此，有关变速恒频双馈风电机组的技术、运行特性、并网后系统的安全与稳定等问题的研究也相应成为风电领域的重要研究方向。在广泛分析国内外有关资料的基础上，研究了大型变速恒频双馈风力发电机组的动态建模、运行特性、以及风电机群并网后受到风速干扰、系统故障等情况下的系统稳定性。 本文主要研究内容和成果如下： (1)建立了用于仿真分析的双馈感应风力发电系统的动态数学模型，其中包括风力发电机组的风力机模型、双馈感应风电机模型(含变流器模型)，还有作为原动力的风速模型。并且详细分析了最大风能捕获原理及交直交变频器的控制原理。 (2)利用MATLAB/SIMUlink的软件平台，在进行风速和风力机特性仿真的同时，以建立的数学模型为基础搭建了变速恒频风电机组数字仿真工具。并以渐变风、阵风、随机风为例，对由7台单机容量为1500kW的双馈感应风电机组成的风电场并网后的运行特性进行了仿真研究。同时，仿真分析了系统电压降低以及系统故障情况下风力发电机组的输出特性及对系统的影响。 (3)本文所做内容为山西省科技攻关项目“山西省风力发电系统运行技术研究”的一部分。此项目由山西国际电力集团有限公司投资兴建。经过风能资源及可开发价值的评估，已做出了预可研报告。朔州平鲁区败虎堡风电场计划投产时间为2007年底。结合该项目，仿真分析了朔州电网接入一定容量的风电场对电网运行产生的影响。通过MATLAB和PSASP的相结合，模拟双馈感应风力发电机组的输出特性，把一定容量的风电场接入朔州电网，分析了电网在风机受到风速扰动，启动和突然停机情况下的暂态稳定性。分析得出，由于双馈风力发电机较完善的控制系统，输出特性良好，对电网造成的影响很小，保证系统暂态稳定。 通过对变速恒频风电机组各部件特性的研究，本文建立了变速恒频双馈风力发电机组整体动态数学模型，同时应用MATLAB/Simulink建立了能够模拟变速恒频双馈风电机组动态特性的仿真模型。并以10.5MW风电场接入系统为例，针对某些情况对兆瓦级变速恒频风力发电机组运行特性进行了仿真研究。仿真结果表明了该仿真模型的正确性及有效性。同时，仿真结果也说明了变速恒频双馈风电机组优越的运行特性。而且，本文建立的基于MATLAB的仿真平台也为变速恒频风电机组的近一步研究提供了相应的技术支持和分析手段，为今后有关变速恒频风电机组更深入的研究奠定了良好的基础。 【关键词】：双馈感应风电机组 动态模型 并网运行 MATLAB 仿真
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 课题的背景12-13
• 1.2 国内外风力发电发展概况13-15
• 1.2.1 国内风力发电技术发展概况13-14
• 1.2.2 风力发电在全球的发展概况14-15
• 1.3 风力发电方案15-19
• 1.3.1 风电机组技术发展趋势16
• 1.3.2 变速恒频风力发电方案16-19
• 1.4 风电机组的运行19-21
• 1.4.1 自动启动与并网20
• 1.4.2 电动启动并网20-21
• 1.4.3 功率调节21
• 1.5 电力系统中风电装机容量比例问题21-23
• 1.6 风电场接入系统的形式23-24
• 1.7 论文工作的主要内容24-26
• 第二章 双馈感应风电系统的模型26-47
• 2.1 双馈感应风电系统简介26
• 2.2 电力系统稳态计算中对风电场的考虑方法26-29
• 2.2.1 简化处理方法27-28
• 2.2.2 准确计算方法28-29
• 2.3 双馈感应风电系统动态模型29-46
• 2.3.1 风速模型29-32
• 2.3.2 风力机数学模型32-33
• 2.3.3 桨距角部分的控制33-34
• 2.3.4 双馈电机的模型34-40
• 2.3.5 最大风能捕获的控制原理40-43
• 2.3.6 交直交电压型变频器控制原理43-46
• 2.4 本章小结46-47
• 第三章 含双馈风力发电机组的系统仿真分析47-70
• 3.1 引言47
• 3.2 MATLAB仿真软件的介绍47-48
• 3.3 风电场的仿真系统48-49
• 3.4 风力发电机仿真模型及参数设置49-54
• 3.4.1 风力机仿真模型49-50
• 3.4.2 双馈机的仿真模型及参数设置50-54
• 3.5 双馈感应风力发电机风电场的动态仿真54-68
• 3.5.1 动态仿真模型的初值计算54-55
• 3.5.2 风速扰动下风电机群接入系统的动态仿真55-63
• 3.5.3 110kV系统电压下降后的仿真63-65
• 3.5.4 系统线路发生短路故障的仿真65-68
• 3.6 本章小结68-70
• 第四章 风电场并入朔州电网的暂态稳定分析70-83
• 4.1 PSASP仿真软件的介绍70-72
• 4.1.1 PSASP的体系结构70-71
• 4.1.2 PSASP的功能71-72
• 4.2 朔州电网简介72-74
• 4.3 风电场并入朔州电网的动态仿真74-81
• 4.3.1 启动情况76-77
• 4.3.2 风速干扰77-79
• 4.3.3 突然停机79-81
• 4.4 本章小结81-83
• 第五章 总结与展望83-86
• 5.1 全文总结83-84
• 5.2 工作展望84-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-91
• 攻读硕士期间发表的学术论文91

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