含双馈异步电机风电系统的潮流计算

摘要

双馈异步电机目前在风力发电中得到广泛应用。其稳态运行参数计算,是优化经济调度和安全稳定分析的基础。本文研究了含双馈异步电机的风电系统潮流算法,主要内容如下:
　　 首先,建立了普通异步电机的扩展潮流算法。现有基于简化结构的异步电机联立潮流算法,不能区分定子和转子回路,不能用于定子暂态初值。在定子和转子之间引入虚拟节点,不修改导纳矩阵,直接引入两个功率约束建立扩展潮流模型,推导雅可比矩阵元素。与现有PQ模型和RX模型结果比较表明,所提算法潮流计算结果精确以及节省计算时间。
　　 其次,改进了双馈异步电机潮流算法。在异步电机扩展潮流基础上,计及风力机转速变化对捕捉机械功率影响,将变流器控制目标作为约束条件。根据变量约束方程建立潮流计算模型,详细推导雅可比矩阵元素。计算结果表明双馈风电机组潮流算法的有效性。
　　 最后,建立了双馈异步电机稳态运行范围的优化算法。计及电机出口功率与电压的关系,将变流器容量限制等作为约束条件。采用优化方法求解,得到端电压和变流器容量变化时的双馈电机的稳态有功-无功运行范围。结果证明端电压越高,稳态运行范围就越大,网侧变流器提供出力,稳态运行范围就越宽,采用优化方法确定的输出无功功率值,可减少双馈电机内部损耗,提高运行效率。

目录

文摘

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致谢

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第一章 绪论

1.1 风力发电及其意义

1.2 国内外风力发电的研究现状

1.3 国内外风力发电潮流计算的研究现状

1.3.1 含普通异步电机的风电场潮流计算的研究现状

1.3.2 含双馈异步电机的风电场潮流计算的研究现状

1.4 本文的主要工作

第二章 风力发电的基本理论

2.1 风速概率分布参数与风速预测

2.1.1 风速概率概率分布

2.1.2 风速预测的时间序列分析法

2.2.风力机模型

2.3 双馈异步电机的功率关系以及运行范围

2.3.1 双馈电机的等值电路与电磁功率

2.3.2 双馈风机的功率流动关系

2.3.3 2MW为例的双馈风机运行范围

2.4 小结

第三章 异步风力发电机潮流建模

3.1 引言

3.2 含风电场的潮流计算

3.2.1 牛顿拉夫逊法潮流计算

3.2.2 风电机组的容量等值方法

3.3 简化结构异步电机潮流算法

3.3.1 简化PQ模型

3.3.2 简化RX模型

3.4 含风电场的扩展潮流模型

3.4.1 扩展潮流的建模

3.4.2 扩展潮流计算程序框图

3.5 算例分析

3.6 小结

第四章 含双馈异步电机的风电场潮流计算

4.1 引言

4.2 双馈风机的最大功率跟踪

4.3 含双馈异步风机的潮流计算建模

4.3.1 双馈风机潮流计算的建模

4.3.2 双馈风电机组潮流计算的程序框图

4.3.3 算例分析

4.4 双馈风电机组的稳态运行范围

4.4.1 目标函数

4.4.2 约束条件

4.4.3 算例分析

4.5 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录 A

研究生期间参加科研项目

研究生期间发表论文情况