风电引起的电压波动和闪变研究

【摘要】：由于风速和风向具有随机变化的固有特性,而风电机组的功率输出与风速的三次方成正比,并且与环境因素以及风电机组的固有特性密切相关,因此风电机组的功率输出是不稳定的。这种不稳定的功率注入电网,将对电网的电能质量造成影响,引起电压波动和闪变问题。本文对风电机组并网运行引起电压波动和闪变的模型进行了研究,并研究了风电引起的电压波动估算方法以及闪变测试方法。主要研究内容包括: (1)建立了考虑塔影效应和风剪切作用后的等效风速模型,并且对叶片重力偏差造成的风电机组转矩波动进行了理论分析。结合实际风电机组参数进行仿真,指出了不同因素作用下风电机组输出功率周期性波动的特征规律。 (2)对风电机组的动态建模问题进行研究,建立了含电网参数的风电机组动态模型,可用于估算风电场运行引起的电压波动。 (3)研究了含风电场的全电网电压计算方法,提出一种根据风电场输出电流计算全电网电压波动的分析方法,称之为“定幅值工频电流源等效法”。这种方法的优点在于电流的波动波形可以有多种形式,只要能够分解就可以在实际分析中加以应用。 (4)对时变动态相量理论在解决风电引起的电压波动问题中的应用进行了研究,建立了线路参数的时变动态相量模型,并用含风电场的电网进行了仿真计算。本文所建立的时变动态相量模型,不但可以计算风电机组连续运行情况下的节点电压波动,而且还可以计算风电机组切换引起的电压暂态过程。 (5)用增加校正环节的方法,提高了根据IEC 闪变仪框图设计的闪变测试系统模型用于测试风电引起的闪变时的精度,使之能够适用于风电并网运行引起的闪变测试分析。此外,本文还对闪变的离散化算法在风电引起的闪变测试中的应用进行了研究,建立了离散化算法模型。 【关键词】：风电机组 电压波动 闪变 模型 测试
【学位授予单位】：中国电力科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TM711
【目录】：

• 第一章 绪论7-17
• 1.1 选题背景和意义7-9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 风电引起的电压波动和闪变问题9-10
• 1.2.2 风电引起的其它电能质量问题10-11
• 1.2.3 电压波动和闪变分析模型及测试评估11-14
• 1.3 本文工作14-16
• 1.3.1 风电机组输出功率的影响因素及建模分析14
• 1.3.2 变动风速作用下的电压波动估算方法研究14
• 1.3.3 含风电场的全电网电压波动计算方法研究14-15
• 1.3.4 风电场并网运行引起闪变的测试研究15-16
• 1.4 本文创新点16-17
• 第二章 风电机组类型及其运行特性17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 风电机组类型及其工作原理17-21
• 2.3 恒速风电机组的运行特性21-22
• 2.4 变速风电机组的运行特性22-25
• 第三章 风电机组输出功率的影响因素及建模分析25-36
• 3.1 引言25
• 3.2 考虑塔影效应和风剪切作用的风速模型25-27
• 3.3 叶片重力偏差对机械转矩的影响27-30
• 3.3.1 安装角度对重力力矩的影响28-29
• 3.3.2 重力偏差对重力力矩的影响29
• 3.3.3 重心位置偏差对重力力矩的影响29-30
• 3.4 算例分析30-34
• 3.4.1 风剪切和塔影效应对机械功率和转矩的影响30-33
• 3.4.2 叶片重力偏差对机械功率和转矩的影响33-34
• 3.5 本章结论34-36
• 第四章 变动风速作用下的电压波动估算方法研究36-61
• 4.1 引言36
• 4.2 恒速风电机组动态模型36-43
• 4.2.1 常用的风电机组建模方法36-38
• 4.2.2 动态模型的建立38-41
• 4.2.3 波动转矩作用下机组的输出特性41-43
• 4.3 变速风电机组动态模型43-53
• 4.3.1 双馈感应风电机组结构与性能43
• 4.3.2 动态模型的建立43-51
• 4.3.3 波动转矩作用下机组的输出特性51-53
• 4.4 变动风速下的电压波动估算方法53-60
• 4.4.1 含恒速风电机组的电网53-58
• 4.4.2 含变速风电机组的电网58-60
• 4.5 本章结论60-61
• 第五章 含风电场的全电网电压波动计算方法研究61-78
• 5.1 引言61
• 5.2 计算电压波动的电源等效方法61-68
• 5.2.1 并联电流源等效法62-63
• 5.2.2 定幅值工频电流源等效法63-67
• 5.2.3 算例分析67-68
• 5.3 时变动态相量理论在电压波动计算中的应用68-76
• 5.3.1 电力系统常规元件的时变动态相量模型69-73
• 5.3.2 含风电场电网的算例分析73-76
• 5.3.3 小结76
• 5.4 本章结论76-78
• 第六章 风电场并网运行引起闪变的测试研究78-94
• 6.1 引言78
• 6.2 电压波动信号检出方法78-81
• 6.3 风电引起闪变的测试系统及其仿真81-87
• 6.3.1 IEC 闪变测试仪设计原理81-82
• 6.3.2 闪变测试系统模型82-83
• 6.3.3 系统仿真83-86
• 6.3.4 应用算例86-87
• 6.3.5 小结87
• 6.4 闪变值离散化算法的应用研究87-93
• 6.4.1 闪变值的离散计算方法87-89
• 6.4.2 离散化算法的误差分析89-91
• 6.4.3 离散化算法的应用91-93
• 6.4.4 小结93
• 6.5 本章结论93-94
• 第七章 结论94-95
• 附录一95
• 附录二95-96
• 附录三96-98
• 附录四98-106
• 附录五106-108
• 附录六108-114
• 致谢114-115
• 参考文献115-123
• 攻读博士学位期间发表的主要学术论文123

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