基于电压控制提高电网接纳风电能力的研究

摘要

随着能源可持续发展战略的推进，风力发电技术飞速发展，从基础科学的研究到工程实践，风力发电俨然已成为当今电力科学中最为活跃的研究领域之一。由于风电在电力系统中穿透功率快速增长，围绕着风电并网问题的研究课题也越来越受关注。本文研究风电并网点电压稳定性问题，通过采取电压-无功协调控制策略，改善并网点的电压稳定性，提高电网接纳风电容量。
　　本文的建模和仿真计算过程都在Matlab/Simulink软件中进行。首先，考虑风电场的尾流效应，对大型风电场进行了等效简化建模，其中风电机组的模型为暂态模型，用于后续的扩展潮流计算和暂态电压稳定性分析;然后以我国某风资源丰富地区实际电网为研究对象，搭建风电场并网模型进行仿真分析。
　　本文对风电并网导致的电压稳定性问题进行了分析，并采取了优化的九区图控制策略（其中无功补偿装置采用的是STATCOM，升压站变压器为OLTC）对并网点进行电压控制，改善并网点的电压稳定性，提高电网接纳风电能力。介绍了P-V曲线法和V-Q曲线法在静态电压稳定性分析中的作用，并利用P-V曲线法和V-Q曲线法，结合并网点的电压要求以及风电场内部的风机保护系统，进行电网接纳风电能力的计算。本文分析了异步机风电场和双馈机风电场的低电压穿越过程，并以故障极限切除时间为指标，对风电并网的暂态电压稳定性进行分析，进而得到不同控制策略下的电网接纳风电的能力。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 风电机组的建模研究

1．2．2 大型风电场并网的电压控制研究

1．2．3 风电并网的静态电压稳定性研究

1．2．4 风电并网的暂态电压稳定性研究

1．3 本文主要工作

2 用于电压稳定性分析的建模

2．1 风电机组模型

2．1．1 普通异步发电机模型

2．1．2 双馈感应发电机模型

2．1．3 基于普通异步电机的风电机组模型

2．1．4 基于双馈感应电机的风电机组模型

2．2 仿真系统建模

2．2．1 风速模型

2．2．2 考虑尾流效应的风电场等效模型

2．2．3 仿真系统模型

2．3 升压变电站的电压-无功协调控制策略

2．3．1 有载调压变压器模型

2．3．2 SVC与STATCOM模型及工作原理

2．3．3 变电站的电压-无功协调控制建模

2．4 本章小结

3 风电并网的静态电压稳定性分析

3．1 风电场并网静态电压稳定性分析方法

3．1．1 P-V曲线法

3．1．2 V-Q曲线法

3．2 含异步风电机组的风电场并网的静态稳定性仿真

3．2．1 异步风电机组的有功、无功输出特性

3．2．2 风电并网的静态电压稳定计算(机端额定补偿)

3．2．3 风电并网的静态电压稳定计算(升压站集中补偿电容器)

3．2．4 风电并网的静态电压稳定计算(电压-无功协调控制策略)

3．2．5 线路补偿对风电并网的静态电压稳定性的影响

3．2．6 小结

3．3 含双馈风电机组的风电场并网的静态稳定性仿真

3．3．1 双馈风电机组的有功、无功输出特性

3．3．2 风电并网的静态电压稳定计算(恒功率因数控制)

3．3．3 风电并网的静态电压稳定计算(升压站集中补偿电容器)

3．3．4 风电并网的静态电压稳定计算(电压-无功协调控制策略)

3．3．5 小结

3．4 本章小结

4 风电并网的暂态电压稳定性分析

4．1 风电场并网的低电压穿越能力

4．2 风电并网暂态电压稳定性分析的故障建模

4．3 含异步风电机组的风电场并网的暂态稳定性仿真

4．3．1 风电并网的暂态电压稳定性计算(机端额定补偿)

4．3．2 风电并网的暂态电压稳定性计算(电压-无功协调控制策略)

4．3．3 小结

4．4 含双馈风电机组的风电场并网的暂态稳定性仿真

4．4．1 风电并网的暂态电压稳定性计算(恒功率因数控制)

4．4．2 风电并网的暂态电压稳定性计算(电压-无功协调控制策略)

4．4．3 小结

4．5 本章小结

5 结论及展望

5．1 全文结论

5．2 未来工作与展望

参考文献

作者简历

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