风电并网后电能质量分析与无功功率补偿

摘要

传统能源日渐枯竭，风力发电行业发展迅猛，新装机量与累计装机量不断猛增。本课题基于山东省电力公司经济技术研究院《风电并网后对配电网电能质量和网损影响分析与对策研究》项目，对风电并网后电能质量进行分析，对并网造成的问题进行策略研究，为该项目今后继续研究对网损的影响等打下良好的基础。风电并网后的电能质量是电力系统当中非常关键的问题，影响着整个电力系统的安全与稳定，如若处理不好，将会对社会的生产生活带来巨大影响。因此，研究电能质量并分析无功功率补偿具有重要的意义。论文内容包括以下几个部分:
　　(1)介绍了电能质量的相关定义，从电压偏差、电压波动、谐波电压三个指标入手，介绍其概念与计算公式，分别分析其成因与对电网造成的危害，概括了我国目前的国家电能质量标准。
　　(2)简要对比了各种风力发电机组的优劣，选择双馈异步发电机进行重点分析介绍。对双馈感应风力发电机的结构进行分析，包括机械模型、电气模型以及电力电子换流器等。还介绍分析了所用的保护辅助装置如撬棒保护、低通滤波器等。
　　(3)对风力发电机组当中的PWM换流器进行模型搭建与控制策略分析，在转子侧和网侧分别使用矢量控制这一控制策略来完成并网功能。在PSCAD平台搭建PWM换流器的仿真模型，为风力发电整体系统打下基础。
　　(4)在PSCAD软件平台中搭建风电并网系统整体模型，对基本风、阵风、渐变风和随机风进行理论分析与仿真，模拟风速变化，探究风电并网系统在风速发生改变的情况下的输出。模拟了单相故障与三相故障，观测分析风电场在故障发生情况下的相关输出，探究故障对风电并网的影响。
　　(5)介绍了无功补偿治理装置，分别分析SVC和STATCOM的基本工作原理与使用前提，在PSCAD中搭建两者的仿真模型，并加装到之前建立的风电并网系统中。通过对比分析，了解了SVC与STATCOM对电能质量的治理效果，验证了加装无功补偿装置对电能质量与无功补偿的提高是可行的。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外风电并网发展现状

1．2．2 风电并网对电能质量的影响

1．3 主要研究内容

2．1 电能质量定义

2．2 电压偏差

2．2．1 电压偏差的基本概念

2．2．2 电压偏差的成因

2．2．3 电压偏差的危害

2．3 电压波动

2．3．1 电压波动的基本概念

2．3．2 电压波动的成因

2．3．3 电压波动的危害

2．4 谐波电压

2．4．1 谐波电压的基本概念

2．4．2 谐波的成因

2．4．3 谐波的危害

2．5 国家电能质量标准

2．6 本章小结

第3章 双馈感应风力发电机理论与建模

3．1 机械模型

3．1．1 空气动力学模型

3．1．2 桨距角模型

3．2 电气模型

3．2．1 双馈异步感应电机等效电路

3．2．2 双馈异步感应电机三相静止坐标系下的数学模型

3．2．3 双馈异步感应电机两相同步旋转坐标系下的数学模型

3．2．4 风力机模型

3．3 PWM换流器

3．3．1 三相静止坐标系下的数学模型

3．3．2 同步旋转坐标系下的数学模型

3．3．3 转子侧换流器控制策略

3．3．4 转子侧换流器矢量控制仿真模型

3．3．5 网侧换流器控制策略

3．3．6 网侧换流器矢量控制仿真模型

3．3．7 双PWM换流器模型

3．4 其他保护辅助装置

3．4．1 撬棒保护

3．4．2 DC-Link斩波器

3．4．3 低通滤波器

3．5 本章小结

第4章 风电并网运行对电能质量影响的仿真分析

4．1 风速模型

4．1．1 基本风模型

4．1．2 阵风模型

4．1．3 渐变风模型

4．1．4 随机风模型

4．2 双馈异步风力发电系统及故障模型

4．3 双馈异步风力发电系统仿真结果及分析

4．3．1 风速改变对并网的影响

4．3．2 单相对地短路故障下的风力发电系统

4．3．3 三相对地短路故障下的风力发电系统

4．4 本章小结

第5章 风电并网系统无功功率补偿方案

5．1 风电场无功功率补偿装置

5．2 基于静止无功补偿器(SVC)的风电场治理

5．2．1 SVC基本原理

5．2．2 基于SVC的风电场无功补偿

5．3 基于静止同步补偿器(STATCOM)的风电场治理

5．3．1 STATCOM基本原理

5．3．2 基于STATCOM的风电场无功补偿

5．4 STATCOM与SVC的对比

5．5 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢