风力发电并网无功电压控制技术的研究

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1、风力发电并网无功电压控制技术的研究1绪论1.1研究的背景及意义随着常规能源的资源短缺和环境污染，大力发展利用新能源迫在眉睫。作为清洁无污染的风能成为可再生能源开发的重点对象，并已经成为世界各国开发新能源的首选。在21世纪环境的新形势下，贯彻落实科学发展观，走可持续道路，是我国面对能源短缺和环境污染问题的纲领性原则。新形势下的新能源主要包括风能、太阳能、地热能、生物能和潮汐能等，其中风能是一种资源丰富、可持续利用的能源，是新能源中最具潜力的能源。风能越来越受到世界各国的重视并得到了广泛的开发和利用。根据世界风能协会组织的

2、估计，世界可利用的风能是全球可开发的水能总量的十倍，是今后可再生能源中最具有潜力、最具有开发价值和环保的可再生能源。风力发电由于其技术相对成熟已经成为全球新能源发电中最具潜力的新能源发电。在全球的可再生能源发电比例中，风能已占据了一半以上[1-5]。风能除了其资源储量丰富外，还有许多的优点，如：（1）星系中只要有太阳，地球上只要存在大气层，就会存在风能，它是取之不尽和用之不竭的；（2）风能是清洁绿色能源，没有污染；（3）风电场建设周期短，见效快；（4）风电场运行成本低，维护工作简单。风能也有其不足之处，主要表现为：风能

3、的随机性、不确定性、间歇性等。近些年，风力发电机组的容量越来越大，投入运行的风电机组已经从千瓦到几兆瓦的质的转变，大规模的海上风电也成为以后风力发电的一个趋势[6]。风能通过风力发电机把风能转化能电能，进而用于人们的生活中。在现在的能源结构中，风能已经占据了重要的地位。本文基于风力发电并网无功电压控制技术问题的研究具有现实的实际意义。........1.2国内外风力发电的发展现状及趋势随着能源危机和人们环保意识的增强，开发可再生能源已经势在必行。在各种可再生能源中，风力发电技术达到了一定的水平，其带来的经济效益相当可观

4、，已经悄然成为发展最快最具规模的新能源开发形式。与此同时，世界各国加大对风力发电机技术的研究，并纷纷制定优惠鼓励开发推进风电产业的机制。近年来，随着风力发电技术的日趋成熟，风力发电机已经成为具有较高竞争力和较高稳定的发电方式。并且风力发电具有安装运行成本低廉的优势，可以给市场提供更好的一个选择。全球风电理事会秘书长SteveSa变换器及进线电抗器与电网相连。双P变换器与电网相连的称为网测变换器（GSC），与DFIG转子相连的称为机侧变换器（RSC），GSC与RSC之间通过直流环节相连接。双馈风力变速恒频风力发电系统主要

5、部分包括：DFIG、风力机、齿轮箱、双P变换器及电抗器，其核心单元为DFIG和双P交流变换器。各个部分的主要作用如下：风力机是完成将风能向机械能的转换；齿轮箱是完成风机转速和DFIG转速的匹配；由机械功率向电磁功率的转换是DFIG的功能；双P变换器是完成对DFIG的转子进行交流励磁，其主要有两个电压型的P变换器构成，分为机侧P变换器（RSC）和网测P变换器（GSC）。且机侧变换器与网测变换器之间通过大容量电容构成的直流母线环节相连接，起到储能和滤波作用。.........2.2DFIG的数学模型由于DFIG系统是一个时

6、变、非线性、多变量的高阶控制系统，为了便于分析问题，在建立DFIG的几种坐标系的数学模型时，通常做如下假设[50,51]：（1）忽略空间谐波分量，设三相绕组完全对称，磁动势依据气隙圆周正弦分布；（2）忽略磁路饱和，各绕组间的自感、互感为线性，忽略铁心损耗；（3）忽略温度和频率的改变对电机参数的影响；（4）转子绕组的参数折算到定子侧，且折算后定子和转子的绕组扎数相同。DFIG风力发电机中采用标准发电机惯例。根据以上的假设条件，DFIG系统的等效物理模型如图2.2所示。根据上述分析可知，可以通过改变转子电流的频率从而实现双

7、馈风力发电系统的变速恒频发电。在双馈风力发电系统中存在三种运行状态：超同步、同步和亚同步，当风速发生变化时，对应着相应的发电状态。在系统中主要是通过调节转子励磁电流的频率来保证定子侧输出频率的恒定，实现变速恒频的发电系统的运行。..........3双馈电机双P变流器控制.........213.1双馈电机P变流器数学模型....213.2双馈电机P变流器控制............263.2.1GSC的控制............263.2.2RSC的控制............293.3仿真分析........33

8、3.4本章小结........374双馈风机并网系统的无功电压调整..........384.1风电场无功配置.....384.1.1风电场主要无功损耗.....384.1.2动态无功补偿的配置.....394.2SVC的基本原理与控制...........404.2.1SVC的数学模型及工作原理...........404.2.