恒速与变速风力发电系统比较研究

摘要

在人类面临能源、环境两大紧迫问题的今天，大力发展风电已成为世界各国一项长期的能源发展策略。目前恒速恒频异步发电机和变速恒频双馈异步发电机是大中型并网风电场所采用的两种主要发电方式。由于这两种发电机本身特性的差异，因此对并网系统的影响也不同。本文针对恒速恒频和变速恒频两种风电系统进行了稳态和暂态仿真比较研究。 论文在综述了恒速恒频风电系统和变速恒频风电系统基本理论的基础上，阐述了变速恒频双馈风电系统的四种运行状态和能量流动关系及其最大风能捕获原理。分别确定了风速模型、风力机模型和异步发电机和双馈异步发电机模型。 论文基于MATLAB/SIMULINK建立一个含风电场的三机五节点系统。利用该实验系统对恒速恒频和变速恒频风电系统的多种运行方式和扰动情况进行稳态和暂态方面的仿真比较研究。 论文通过研究表明：在稳态情况下，变速恒频风电系统的电压运行范围要比恒速恒频风电系统的电压运行范围小；当主系统发生故障时，变速恒频风电系统的电压波动和功率传输变化要比恒速恒频风电系统小；在弱电网中，发生1.8—2.2s三相接地故障和强阵风干扰时，变速恒频风电系统能够恢复到稳态运行状态，而恒速恒频风电系统则失去稳定。综上所述，本文研究表明变速恒频风电系统的稳态和暂态特性要好于恒速恒频风电系统，对弱电网而言，变速恒频系统有更明显的优势。

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文摘

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第一章绪论

1.1研究背景及选题

1.1.1研究背景

1.1.2风力发电技术发展及论文选题

1.2国内外研究现状

1.2.1风电发电机组建模研究现状

1.2.2变速恒频发电技术研究现状

1.3本文的研究内容及主要工作

第二章风电场的基本理论与模型

2.1风力发电机基本理论

2.1.1恒速恒频风力发电机

2.1.2变速恒频双馈风力发电机

2.2风电场数学模型

2.2.1风速

2.2.2风力机及其控制系统

2.2.3发电机数学模型

2.3本章小结

第三章风电系统MATLAB/SIMULINK建模与仿真

3.1搭建风电系统模型

3.1.1风电系统图

3.1.2系统元件的选择及其参数设置

3.2风电系统暂态仿真

3.2.1风速和风电机仿真

3.2.2恒速恒频风电系统仿真

3.2.3变速恒频风电系统仿真

3.3本章小结

第四章恒速恒频和变速恒频风电系统仿真比较

4.1稳态情况下两种电机的电压波动性分析

4.2强弱电网中恒速恒频和变速恒频风电机的稳定性分析

4.2.1短路发生在风力发电机连接的变压器高压侧

4.2.2短路发生在风电场与电网的连接点处

4.3强弱电网中发生阵风干扰时暂态情况分析

4.3.1强电网中发生阵风干扰时候暂态情况比较

4.3.2弱电网中发生阵风干扰时候暂态情况比较

4.4系统短路故障时两种发电机电压波动情况比较

4.5本章小结

第五章结论和展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢