基于燃气—风能互补联合电力系统的仿真研究

【摘要】： 近年来,风能作为一种可再生的绿色能源,受到了广泛地关注。风力发电已经成为最具有商业化发展的新兴产业,有可能成为未来最重要的替代能源。风力发电技术越来越成为研究的热点。 海上风力发电以其自身的特点成为未来风电发展的重点。海上风资源丰富,在海上平台安装风力发电机可以利用可再生资源节约燃料降低运行成本,但是接入风电的海上平台电网稳定性受到很多不确定因素的影响,在风电接入前要求通过仿真来评价风电的接入是否能在一定的范围内保证海上平台电网的稳定性。 本文所做的工作是对一座海上风力发电站并入某油田平台电网进行前期可行性仿真。整个仿真平台完全根据实际项目的数据建立,其结论有一定的工程指导应用价值。主要工作如下: 结合风力发电项目,根据某海上平台燃气风电互补供电系统的简化单线图,对这个孤立系统的每一个组成部分进行数学分析和建模。在电力仿真软件PSCAD中分析建立了Mars-100燃气轮发电机组简化模型、主要变压器模型、主要线路模型、主要负荷的简化模型、风力机模型、永磁同步发电机模型、变频电路及其控制系统模型,由此组合搭建了互补联合电力系统模型。 分析了燃气发电平台的孤立电网的稳定性条件,并仿真验证实际电网的稳定运行;分析了风电接入对电力系统稳定性的影响,仿真在风电接入试验中,风电接入过程和风电接入比例对平台供电系统的影响,主要研究了风电接入的可行性及最大接入容量。 仿真结果表明在该油田平台的供电系统中引入风力发电是可行的;验证了1.5MW永磁直驱风力发电机的接入可以在保持整个平台供电系统稳定的前提下,降低燃气发电机功率,达到在平台供电系统中引入风电节约燃料的目的。同时得到结论,在该平台供电系统中最多接入3台1.5MW的风力发电机,更大容量的风力发电机接入会造成整个平台供电系统的不稳定。 【关键词】：海上风力发电 孤立电网 燃气轮机 永磁直驱风力发电机 动态仿真 PSCAD/EMTDC
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM743
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 燃气—风能互补电力系统的发展与研究现状11-12
• 1.2 系统数字仿真技术研究的历史与现状12-13
• 1.3 本文研究的背景与意义13-14
• 1.4 研究内容与章节安排14-16
• 第二章 燃气供电平台电网的分析与建模16-46
• 2.1 引言16
• 2.2 油田平台电力系统介绍16-17
• 2.3 平台电网元件模型的建立17-27
• 2.3.1 电力变压器的建模17-19
• 2.3.2 平台电缆线路的建模19-22
• 2.3.3 平台负载的建模22-27
• 2.4 燃气轮机及其控制系统模型的建立27-33
• 2.4.1 Mars-100燃气发电机组的组成与工作原理27-28
• 2.4.2 单轴燃气轮机及其控制系统建模28-33
• 2.5 发电机励磁控制系统模型的建立33-39
• 2.5.1 同步发电机的励磁原理与特性34-36
• 2.5.2 励磁系统的传递函数与建模36-39
• 2.6 燃气发电机组模型的建立39-42
• 2.6.1 同步发电机的建模39-40
• 2.6.2 燃气发电机组模型的组建40-42
• 2.7 燃气平台电力系统模型的建立42-44
• 2.7.1 平台电网的模型组合建立42-44
• 2.7.2 平台发电系统的模型组合建立44
• 2.8 本章小结44-46
• 第三章 永磁同步风力发电系统的分析与建模46-63
• 3.1 引言46
• 3.2 双 PWM 永磁直驱风力发电系统介绍46-47
• 3.3 风模型的建立47-49
• 3.3.1 风的数学模型47-48
• 3.3.2 PSCAD 中风模型的建立48-49
• 3.4 风力机模型的建立49-53
• 3.4.1 风力机的数学模型49-50
• 3.4.2 风力发电的变桨距控制50-52
• 3.4.3 PSCAD 中风力机模型的建立52-53
• 3.5 永磁同步发电机模型的建立53-57
• 3.5.1 PMSG 数学模型的分析53-56
• 3.5.2 PSCAD 中永磁发电机模型的建立56-57
• 3.6 双 PWM 变换器模型的建立57-62
• 3.7 联合电力系统模型的建立62
• 3.8 本章小结62-63
• 第四章 平台电网的稳定运行及风电接入影响63-72
• 4.1 引言63
• 4.2 孤立电网的稳定运行63-64
• 4.3 多台同步发电机并联运行的稳定性分析64-69
• 4.3.1 同步发电机并联运行的静态稳定性64-67
• 4.3.2 同步发电机并联运行的暂态稳定性67-69
• 4.4 风电接入对孤立系统稳定性的影响69-71
• 4.5 风电场的最大接入能力71
• 4.6 本章小结71-72
• 第五章 联合电力系统的仿真研究72-88
• 5.1 引言72
• 5.2 仿真技术概述72-73
• 5.2.1 电力系统的离线仿真技术72-73
• 5.2.2 电磁暂态仿真软件 PSCAD/EMTDC 介绍73
• 5.3 燃气发电平台的稳定性仿真73-80
• 5.3.1 燃气平台电网的稳态运行仿真73-77
• 5.3.2 燃气平台电网的暂态稳定性仿真77-80
• 5.4 风电接入可行性的仿真分析80-85
• 5.4.1 风机的正常投切仿真分析80-83
• 5.4.2 风机满负荷切入切出时过程仿真83-85
• 5.5 风电接入最大容量的仿真研究85-87
• 5.6 本章小结87-88
• 第六章 总结与展望88-90
• 6.1 总结88
• 6.2 展望88-90
• 参考文献90-94
• 攻读学位期间参加的项目及发表的学术论文94-95
• 致谢95

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