基于PSCAD/EMTDC的海上风电场等效模型与无功补偿研究

摘要

风能等可再生能源的开发与利用越来越受到各国的重视，随着陆上风资源开发逐渐饱和，使得海上风电成为未来风能应用和发展的重点。我国在大型海上风电场的建设方面，海上风电的技术不成熟很大程度上制约了海上风电的大规模发展，因此，对海上风电场开展系统、全面的研究具有迫切的意义。
　　本论文深入分析了海上风电场的组成，主要包括:风电机组、集电系统、海上升压站和风电场输电方式四部分。风电机组采用变速恒频风力发电机，实现最大风能捕获，提高系统运行效率;以经济成本最低为目标，选择集电系统中的电压等级、线路类型及风电机组的分组、排列方式;通过海上升压站，将集电系统汇集的电能二次升压后通过高压交流输电系统并入电网。
　　在研究海上风电场的特性时，建立详细模型会导致模型复杂、仿真难以实现，建立等值模型时内部集电网络影响较大。因此本论文提出采用半聚合等值方法建立风电场的等效模型，即通过并联化变换的方法，把风电机组之间辐射性的混联结构变为纯并联结构，然后采用容量加权等值方法进行等值。半聚合等值方法解决了海上风电场等值时内部集电网络的处理问题，实现风电场内任意位置风电机组的聚合，保证了等值模型与风电场全模型的等值精确度。
　　结合海上风电场的半聚合等值模型，针对内部集电网络产生较大无功和故障时对电网影响较大的问题，本论文提出配合使用SVC和STATCOM进行无功补偿的方案:利用SVC(StaticVarCompensator)在海上风电场内部进行稳态无功补偿，减少电网中无功功率的流动，从而降低线路和变压器因输送无功功率所造成的电能损耗，同时也起到暂态补偿的作用;利用STATCOM(StaticSynchronousCompensator)在海上风电场与电网的并网点进行在故障情况下的暂态无功补偿，能够在故障时维持海上风电场输出电压的稳定，保证了海上风电场系统的稳定性。
　　基于PSCAD/EMTDC(PowerSystemsComputerAidedDesign)仿真软件进行仿真实现，验证了半聚合等值方法和SVC、STATCOM配合无功补偿的有效性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外风电场等值的研究现状

1．2．2 国内外无功补偿的研究现状

1．3 论文的主要工作、研究内容

1．4 本章小结

第2章 海上风电场概述

2．1 风电机组

2．1．1 风力机

2．1．2 机械传动系统

2．1．3 双馈式异步发电机

2．1．4 控制系统

2．2 集电系统

2．2．1 集电系统电压等级

2．2．2 风电机组分组与排列方式

2．2．3 集电线路类型

2．3 海上变电站

2．4 风电场输电方式

2．5 本章小结

第3章 基于PSCAD／EMTDC的海上风电场等效模型

3．1 海上风电场并联化变换

3．2 容量加权等值

3．3 半聚合等值方法验证模型

3．3．1 PSCAD／EMTDC

3．3．2 半聚合等值方法验证

3．4 海上风电场半聚合等值模型

3．4．1 海上风电场模型参数

3．4．2 海上风电场等值模型

3．5 本章小结

第4章 海上风电场无功补偿

4．1 SVC

4．1．1 SVC装置组成、原理和特性

4．1．2 SVC控制策略

4．1．3 SVC仿真建模

4．2 STATCOM

4．2．1 STATCOM装置组成、原理和特性

4．2．2 STATCOM控制策略

4．3 SVC与STATCOM无功补偿仿真分析

4．3．1 风电场内部集电网络SVC无功补偿

4．3．2 风电场并网点STATCOM无功补偿

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简介

致谢