大型风电场的电能质量分析与评估系统

摘要

随着科技的发展和生产力的提高，人们对电能质量的要求也越来越高，同时由于传统能源逐渐枯竭，可再生能源占据越来越重要的地位。风能作为可再生能源的重要成员必然在未来能源消费结构上占有相当大的比例。然而风能随机性和间歇性导致的电能质量问题却不能满足人们对用能品质的要求。因此，风力发电的电能质量的分析和改善是风力发电具有重要意义的一个环节，这个环节直接制约着风电的发展潜力。 本文基于某风电场的分布式电能质量监测系统，对风力发电的电能质量监测与分析问题做了系统而深入的研究，并且针对风电场电能质量监测的特殊性做了具体的改进设计，最后对实际系统的电能质量问题产生的原因进行探讨和总结。在结构重点上，本文由以下四个主要部分构成： 首先对风能的随机性和电能质量问题做了理论归纳。风能受多种因素的制约，其中地表障碍物的影响很严重。对风电场地貌的分析不但是风电场规划时候必须做的工作，在分析风能随机性的时候也是一个重要方面，它有助于推断和了解风电场部分的风力突变引起的电能质量问题。为了从变化的风能得到稳定的电功率输出，人们研究使用了各种机械系统和电气控制系统，这些系统也都各自存在一定的缺点。因此，机械运动和机械振动、控制系统的电气特性和电力电子装置的电气特性都产生了不少的电能质量问题。本文的这一部分归纳了各种原因，并推导分析了当前流行的双馈电机发电系统的谐波问题。 第二部分是应用在风电场电能质量分析的软件算法。为了提高分析算法的精度，在固定频率的高速采样情况下，采用了多种适用的算法以适应现场情况的要求。对基波频率计算采用了数字滤波以及带线性插值的过零检测方法；对谐波分析采用了带四阶牛顿插值法同步化的快速傅立叶分析算法；在电压波动和闪变检测方面，参考IEC国际标准提出的模拟闪变仪，提出了离散化的数字闪变仪并且得到了应用。无论是在仿真还是实际运行中都验证了以上算法的有效性。 第三部分实际上是利用硬件子系统来降低电能质量分析误差，提出了保证分析精度的措施。由于野外山地地形复杂，自然环境恶劣，分布式的分析系统受干扰的情况相当严重，尤其是当地雷害对系统的破坏性影响。这一部分介绍了防雷接地的一般原则和几种典型的供电系统接地方法，仔细分析了检测系统电源系统和信号系统的类型，合理地给出了系统的防雷和接地措施，降低了干扰信号强度，维持了系统的持续运行。 第四部分主要对电能质量检测系统获得的数据进行了详细的分析和归纳。从电压波动，谐波严重度及其变化趋势，频率偏差，功率和电流的冲击等各个方面总结了风电场的电能质量情况，并且分析了各自产生的原因。加深了风电场对其发电质量的了解，对进一步改善风电场的电能质量提供了依据。 综上所述，本文详细描述了大型风电场电能质量分析与评估系统的电能质量问题产生的原因，和各个电能指标的计算程序，对系统工程的实施关键问题也做了一定的探讨。课题工作中使用了Matlab仿真工具，Visual Basic编程语言，Excel图形分析工具等，力求做到理论研究与项目实践相结合。最后，对风力发电系统电能质量检测的进一步研究工作提出了几点设想。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章电能质量指标

第三章风能随机性及电能质量不稳定性的分析

第四章检测系统结构及硬件配置

第五章检测系统软件分析算法

第六章防雷及电涌保护系统

第六章检测系统的数据及结果分析

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文

致谢

附录1：