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同步风力发电机的稳态模型及其并网问题研究

作　者: 王伟
导　师: 王玮
学　校: 北京交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 风力发电永磁同步发电机直驱稳态模型潮流计算暂态稳定性
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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引　用: 7次
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内容摘要

近年来,由于日趋严重的环境与资源问题,对可再生资源的开发与利用得到重视,利用风能进行发电作为一种技术成熟的可再生能源利用方式得到了快速发展,在世界范围内,风力发电都得到了迅猛发展。与变速恒频双馈风力发电系统相比,同步直驱风力发电系统省去了齿轮箱,减小了由齿轮箱带来的机械损耗和设备的不稳定性,具有噪音低、稳定性高、有功及无功功率可调等优点。随着发电控制设备成本的不断降低和同步风力发电控制技术的不断进步,同步直驱风力发电系统将具有更加广阔的应用前景。为保证含同步风力发电机的电力系统的安全稳定运行,与同步风力发电机并网相关的诸多问题已成为亟待研究的课题。本文针对这一新的课题主要研究了以下内容:1、研究了基于直驱永磁同步风力发电机的变速恒频风力发电系统的原理及其控制策略,为直驱永磁风力发电系统的建模与直驱永磁同步发电机风电场在潮流计算中的处理方法提供了基础依据。2、研究了基于直驱永磁同步风力发电机的变速恒频风力发电系统的动态模型。对风速模型、空气动力学模型、机械传动模型、桨距控制系统模型、永磁同步发电机模型等进行了分析研究,并分析研究了直驱永磁同步发电机控制系统的数学模型,介绍了适用于动态仿真的完整的直驱永磁同步风电机组模型。3、提出了用于直驱永磁同步发电机并网分析的稳态模型,给出了含同步风电场的电力系统潮流算法。针对两种不同控制方式下的直驱永磁同步发电机组成的风电场的特性进行了分析,提出了潮流计算中风电场节点的处理方法,并编程给予了实现。通过对算例系统进行潮流计算,验证了方法的有效性:该方法计算简单、易于实现,计算速度快,具有较高的实用价值,并针对两种控制方式下的潮流计算结果进行了分析比较。4、进行了含风电场电力系统的暂态稳定性分析,研究了不同类型风电机组对电网暂态稳定性的影响。通过理论分析电网故障时三种典型风力发电系统的动态特性,得出了不同风电机组对同步发电机暂态特性的影响。应用Matlab/Simulink(仿真工具构建了算例系统的仿真模型,考虑了线路发生三相短路故障情况下进行了双馈风力发电系统的暂态稳定性仿真,分析了仿真结果。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-20
  1.1 课题背景及意义  12-16
    1.1.1 世界风力发电发展现状  12-13
    1.1.2 我国风力发电发展现状与前景  13-14
    1.1.3 风力发电机的研究现状与发展趋势  14-16
    1.1.4 风电场运行的特点  16
  1.2 与风电并网相关问题及其研究现状  16-19
    1.2.1 风力发电的特点  16-17
    1.2.2 风力发电并网相关问题  17-18
    1.2.3 研究现状  18-19
  1.3 本文主要工作  19-20
2 直驱永磁风力发电系统  20-32
  2.1 引言  20
  2.2 风力发电系统类型  20-23
    2.2.1 采用异步发电机的恒速恒频风力发电系统  21-22
    2.2.2 采用双馈异步发电机的变速恒频风力发电系统  22-23
    2.2.3 采用同步发电机的直驱式变速恒频风力发电系统  23
  2.3 直驱永磁风力发电系统原理  23-29
    2.3.1 直驱永磁风力发电系统描述  23-25
    2.3.2 变速恒频控制特点及原理  25-26
    2.3.3 变速恒频同步直驱风力发电机的运行方式  26-27
    2.3.4 变速恒频同步风力发电机控制策略  27-29
  2.4 直驱永磁风力发电机的发展及其性能特点  29-31
    2.4.1 国内外直驱永磁风力发电机发展应用状况  29-30
    2.4.2 直驱永磁风力发电机的性能特点  30-31
  2.5 小结  31-32
3 直驱永磁风力发电系统数学模型  32-44
  3.1 引言  32
  3.2 风速模型  32-34
  3.3 空气动力学模型  34-35
  3.4 桨距控制系统模型  35-37
  3.5 永磁同步发电机及其控制系统模型  37-42
    3.5.1 永磁同步发电机模型  37-40
    3.5.2 控制系统数学模型  40-42
  3.6 风电场模型  42-43
  3.7 小结  43-44
4 含风电场的电力系统潮流计算  44-66
  4.1 引言  44
  4.2 现有计算方法概述  44-47
    4.2.1 节点分类  44-45
    4.2.2 异步机风电场在潮流计算中的模型及处理方法  45-46
    4.2.3 双馈机风电场在潮流计算中的模型及处理方法  46-47
  4.3 含直驱永磁同步风力发电系统的潮流计算方法  47-64
    4.3.1 风电场的等值  47
    4.3.2 直驱同步风力发电机组的风功率特性  47-48
    4.3.3 潮流计算步骤及程序实现  48-51
    4.3.4 算例及其分析  51-64
  4.4 小结  64-66
5 风电机组对电网暂态稳定性的影响  66-74
  5.1 引言  66
  5.2 同步发电机的暂态稳定边界  66-67
  5.3 风电机组的动态特性  67-70
    5.3.1 恒速异步风力发电机  67-68
    5.3.2 双馈异步风力发电机  68-70
    5.3.3 直驱交流永磁同步风力发电机  70
  5.4 仿真系统概述  70-72
    5.4.1 仿真系统模型  71-72
    5.4.2 仿真结果及其分析  72
  5.5 小结  72-74
6 结论与展望  74-76
参考文献  76-80
附录 A  80-82
作者简历  82-86
学位论文数据集  86

同步风力发电机的稳态模型及其并网问题研究

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