双馈异步风力发电系统谐波特性分析及其抑制措施研究

摘要

随着能源危机和环境污染等问题越来越严重，风能作为一种清洁无污染的可再生能源，已得到了人们越来越多的重视，近年来在全球范围内风力发电已经得到了迅速发展，且规模还在不断扩大。随着风力发电技术的快速发展及风场装机容量持续增加，风能在整个电力系统中比重已越来越大，但与此同时，其对于电力系统的不利影响也逐渐显现，其中风电并网时对系统电能质量的影响是一个重要方面，为了保证大电网安全可靠及其良好的电能质量，并能够更好的利用风能，对此研究就极为必要。
　　本文以含双馈发电机组的风电并网系统进行分析，主要从双馈风机谐波特性，长距离输电线路对电能质量影响及谐波治理方面进行研究。
　　随着风力发电对单台机组容量要求的不断提高，双馈异步风力发电机因其自身优势，已成为一种重要的机组类型。本文以双馈风力发电机组为基础，首先分析了其运行的基本原理，建立了其数学模型，且在矢量控制策略下，实现了风力发电有功功率与无功功率的解耦控制，并通过PSCAD/EMTDC仿真软件对其运行特性进行仿真。然后，对于双馈风机转子侧变流器所采用的SVPWM调制原理，进行了介绍，且对其调制方式所产生的宽频域谐波进行了分析，最后结合双馈发电机的谐波等效模型，用一种数学算法描述了双馈发电机的宽频域谐波特性。
　　在风电并网中，高压等级输电线路是其重要一环，然而随着双馈风机的谐波呈现出宽频域特性，高压等级输电线路分布电容的影响将不容忽视。本文通过建立了高压长距离输电线路分布参数模型，对其产生的谐振机理进行了分析。另外，建立了风电并网系统的等效模型，分析了风电并网对于大电网电能质量的影响。
　　最后，对于风电并网系统中存在的宽频域谐波及其谐振问题，提出了投入一种注入式混合型有源电力滤波器的抑制措施，并通过仿真软件对其治理效果进行了验证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外风力发电概况

1．2．2 电力系统谐波相关概述

1．2．3 双馈风力发电系统及其谐波问题研究现状

1．3 本文主要工作

第2章 双馈异步风力发电机的工作原理

2．1 双馈异步发电机基本工作原理

2．1．1 双馈异步发电机电磁关系

2．1．2 双馈异步发电机数学模型

2．1．3 双馈异步发电机功率关系

2．2 双馈异步发电机控制方法

2．2．1 网侧变换器的控制方法

2．2．2 转子侧变换器的控制方法

2．2．3 仿真验证

2．3 本章小结

第3章 双馈异步发电机的谐波特性研究

3．1 双馈异步发电机变换器侧谐波分析

3．1．1 空间电压矢量脉宽调制原理

3．1．2 空间电压矢量调制谐波产生算法

3．1．3 变换器侧谐波特性分析

3．1．4 变换器侧谐波特性仿真分析

3．2 双馈异步发电机定子侧谐波分析

3．2．1 双馈异步发电机定转子谐波耦合关系

3．2．2 异步电机的谐波模型

3．2．3 定子侧谐波特性仿真分析

3．3 本章小结

第4章 风电系统宽频域谐波在高压长距离输电线路谐振问题研究

4．1 高压长距离输电线路谐波谐振分析

4．1．1 长距离输电线路等效模型

4．1．2 电压型谐波源谐振机理分析

4．1．3 电流型谐波源谐振机理分析

4．2 高压长距离输电线路对双馈风电系统的影响

4．2．1 基于双馈异步发电机风电场的等效模型

4．2．2 高压长距离输电线路对风场的谐波谐振影响

4．3 本章小结

第5章 双馈异步风电系统的谐波谐振抑制措施研究

5．1 注入式混合型有源电力滤波器对宽频域谐波的抑制分析

5．1．1 注入式混合型有源滤波器机理分析

5．1．2 注入式混合型有源滤波器控制方法

5．1．3 注入式混合型有源滤波器对风场宽频域谐波抑制分析

5．2 谐波谐振抑制措施仿真验证

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间获得的研究成果

致谢