异步风机运行特性及并网影响研究

摘要

在能源和环境问题日益严峻的情形下，风力发电凭借其绿色环保、资源丰富、成本低廉、技术成熟等优势成为目前世界上发展最快的新能源发电技术。作为衡量一个地区能否开发风力发电的重要环节，风资源评估为风电场微观选址及经济评价提供了依据，所以有必要对风资源评估进行研究。同时，风能的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也是波动的，出力的波动以及其他一些因素都会对电网和风电机组的电压稳定性造成影响，而且大量的非线性换流装置存在于风力发电系统中，风机在向电网输送有功的同时也会影响到电网的电能质量。所以，研究风电机组在电网中的运行特性及接入电网后产生的影响就很有意义。本文主要进行了以下几个方面的研究工作：
　　 首先，对风能资源评估进行了研究，介绍了Weibull参数估计的三种方法，使用张北气象站测风资料在风能特征指标计算上对这三种方法和实际统计数据进行比较，得出极大似然估计法具有高精度的优点。最后利用预计发电量和净现值估算来分析Weibull参数对经济性的影响，结果证明了Weibull参数估计对于风电场经济效益评估有着重要的作用。
　　 其次，建立了风电机组的数学模型和风速模型，以PSCAD/EMTDC为平台，实现了“定桨距控制+鼠笼异步电机”模式和双馈模式风力机组的暂态仿真。详细介绍了这两类风力机组的并网方式、运行工况及风速变化、三相短路的暂态特性。通过这两种机型的运行特性分析，明确了未来风机发展的趋势。
　　 第三，通过一个由“定桨距控制+鼠笼异步电机”模式风力机组组成的10MW小型风电场接入电网来分析风速变化、线路参数变化、负荷接入与否、有无动态无功补偿等情况对风电场及传输线路造成的电压波动。
　　 最后，分析了双馈风机并网运行引起的谐波机理，说明谐波污染主要来自于双馈型风机，并以广东惠来关山风电场为实际算例，运用国标中的谐波电压畸变率限值、谐波电压总畸变率、谐波电流限值等指标对该风场电能质量进行评估。