考虑尾流效应的海上风电场建模及无功电压分布特性分析

摘要

风力作为可再生的绿色能源，对其的开发利用具有十分重要的意义。其中，海上风力资源庞大，海上风电作为目前风电发展的新方向，在我国备受关注。但海上风电的环境条件与陆上风电不同，因此以往基于陆上风电的相关结论不可直接应用于海上风电场。自然界风速固有的间歇性、随机性、风机间的尾流效应以及海底电缆的使用使得风电并网后电网的有功无功潮流分布、电压特性等都受到了较大的影响。由于海上风电场的装机容量较大，大多以大容量风电场的形式出现，会加剧对电网的影响。因此，有必要针对海上风电场电压分布特性展开深入研究。
　　本文首先对变速恒频双馈风电机组的结构组成进行介绍，再从风力机、发电机及变桨距系统协调控制方面阐述了最大风能追踪原理，分析了双馈发电机的变速恒频发电原理，进一步研究了变速恒频双馈风电机组的有功无功解耦控制。
　　其次，运用软件DIgSILENT/PowerFactory对风电机组进行建模并验证模型正确性。在此基础上搭建海上风电场模型，根据海上尾流效应建立风速模型并采用理论分析与仿真实验相结合的方法，在主导风向开展上游风力机对下游风力机影响的研究，并通过仿真验证模型正确性与尾流效应对风电场出力的影响。
　　最后，分析海底电缆的充电功率导致的工频过电压对线路电压的影响，对比不同集电系统对海上风电场内电压特性的影响，并以江苏一个规划在建海上风电场为研究对象，仿真分析了海上风电场无功电压的分布特性，研究了海上风电场并网无功电压的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 海上风力发电特点

1．3 国内外研究发展现状

1．4 本文主要研究内容

第2章 变速恒频双馈风电机组基本理论

2．1 引言

2．2 变速恒频双馈感应发电机结构

2．3 风力机的基本理论

2．3．1 空气动力模型

2．3．2 变桨距系统

2．3．3 最大风能追踪

2．4 变速恒频双馈感应发电机运行原理

2．5 基于磁场定向矢量控制的P、Q解耦控制

2．5．1 变速恒频双馈电机的数学模型

2．5．2 基于磁场定向矢量的同步旋转坐标功率解耦控制

2．6 本章小结

第3章 基于尾流效应的变速恒频双馈风电机组仿真建模

3．1 引言

3．2 变速恒频双馈风电机组并网建模

3．2．1 含单台风电机组的电网模型

3．2．2 双馈风电机组风力机模块建模

3．2．3 双馈风电机组转子侧模块建模

3．2．4 双馈风电机组电网侧模块建模

3．2．5 双馈风电机组保护模块建模

3．3 计及尾流效应的风速数学模型

3．3．1 基础尾流模型

3．3．2 Jensen模型

3．3．3 Lissaman模型

3．3．4 带部分遮挡的多重尾流效应模型

3．4 算例分析

3．4．1 含风电机组单机无穷大电网模型算例

3．4．2 考虑尾流效应的风速模型算例

3．5 本章小结

第4章 海上风电场的无功电压分布特性分析

4．1 引言

4．2 海上风电场的集电系统

4．2．1 海底电缆特性分析

4．2．2 风电场集电系统结构对比分析

4．3 链型连接的馈线电压分布模型

4．4 仿真算例分析

4．4．1 仿真背景

4．4．2 海上风电场并网点无功潮流分布特性

4．4．3 海上风电场无功电压特性分析

4．4．4 按不同功率因数控制时的电压对比

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 本文工作总结

5．2 未来与展望

参考文献

致谢