電氣工程及其自動化畢業(yè)設(shè)計-風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)特性研究

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)特性研究</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要IV</b><

2、/p><p>　　AbstractV</p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.2 研究目的及研究內(nèi)容2</p><p>　　2風(fēng)力

3、資源與風(fēng)力發(fā)電機組2</p><p><b>　　2.1引言2</b></p><p>　　2.2風(fēng)能資源與風(fēng)力發(fā)電基本特點3</p><p>　　2.2.1 風(fēng)能的特點3</p><p>　　2.2.2風(fēng)電場與常規(guī)能源電廠主要區(qū)別3</p><p>　　2.2.3風(fēng)力發(fā)電的基本特點4

4、</p><p>　　2.3風(fēng)力發(fā)電機組的類型及基本運行特性7</p><p>　　2.3.1 鼠籠式感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機組7</p><p>　　2.3.2交－直－交變頻并網(wǎng)同步風(fēng)力發(fā)電機組8</p><p>　　2.3.3 雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機組9</p><p>　　3風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的影響及其調(diào)整策略9<

5、/p><p>　　3.1 風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)對電壓的影響9</p><p>　　3.2 電網(wǎng)電壓的調(diào)整11</p><p>　　3.3 風(fēng)電場對保護(hù)裝置的影響11</p><p>　　3.4 發(fā)電系統(tǒng)電網(wǎng)故障不脫網(wǎng)運行能力11</p><p>　　3.4.1低電壓穿越11</p><p>　　

6、3.4.2電網(wǎng)故障運行模式時雙饋發(fā)電機12</p><p>　　3.4.3電網(wǎng)故障運行模式時同步發(fā)電機13</p><p>　　4風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運行動態(tài)性能研究14</p><p><b>　　4.1引言14</b></p><p>　　4.2風(fēng)電機組并網(wǎng)動態(tài)性能研究14</p><p>

7、　　4.2.1風(fēng)力機14</p><p>　　4.2.2鼠籠式發(fā)電機組并網(wǎng)動態(tài)過程研究16</p><p><b>　　5總結(jié)與展望18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　致 謝20</b></p>

8、<p><b>　　Contents</b></p><p>　　AbstractV</p><p>　　Introduction1</p><p>　　1 Introduction1</p><p>　　1.1 research background1</p><p>　　

9、1.2 research purposes and contents2</p><p>　　2 wind resources and wind turbine2</p><p>　　2.1 Introduction2</p><p>　　2.2 basic features of wind power and wind power3</p>&

10、lt;p>　　2.2.1 characteristics of wind energy3</p><p>　　2.2.2 the differfence between wind farm and conventional3</p><p>　　2.2.3 Basic features of wind power4</p><p>　　2.3 types

11、 and basic operating characteristics of wind turbine7</p><p>　　2.3.1 squirrel cage induction wind turbine7</p><p>　　2.3.2 AC frequency conversion and grid connected wind turbine8</p>&

12、lt;p>　　2.3.3 doubly fed induction wind turbine9</p><p>　　3 the influence of wind power on the power network9</p><p>　　3.1 The influence of wind power generator and grid connected to voltage

13、9</p><p>　　3.2 adjustment of power network voltage11</p><p>　　3.3 the influence of the wind farm on the protective device11</p><p>　　3.4 power system not to take off the network

14、operation ability11</p><p>　　3.4.1 low voltage ride through11</p><p>　　3.4.2 power grid fault operation mode when doubly fed generator12</p><p>　　3.4.3 Synchronous generator powe

15、r network fault operation mode13</p><p>　　4 the dynamic performance of grid connected with wind power generation14</p><p>　　4.1 introduction14</p><p>　　4.2 Study on dynamic perfo

16、rmance with wind power units14</p><p>　　4.2.1 wind turbine14</p><p>　　4.2.2 Research on the dynamic process of the grid connected16</p><p><b>　　5 19</b></p>

17、<p>　　Reference19</p><p><b>　　Thanks20</b></p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)特性研究</p><p>　　摘要：隨著傳統(tǒng)一次能源的大量消耗和生態(tài)環(huán)境的日益惡化，發(fā)掘新能源成為當(dāng)今時代人們的共同愿望。風(fēng)能作為一種豐富、清潔并且可再生的一次能源，受到了人們的廣泛關(guān)注。當(dāng)今時代，世界上

18、各個國家對于能源安全問題和環(huán)境保護(hù)問題也越來越重視，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是解決能源和環(huán)境問題，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和快速發(fā)展要求的有效和重要的手段，風(fēng)能現(xiàn)已逐步成為世界上增長最快的能源。本文對時下應(yīng)用最廣泛的機組中運行的雙饋感應(yīng)發(fā)電機進(jìn)行了重點研究討論，同時把各種風(fēng)力發(fā)電機組進(jìn)行對比，研究了風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運行后的電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定特性。從而能夠更好的為風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)品提供支持。</p><p>　　關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機組，并網(wǎng)，穩(wěn)定運

19、行</p><p>　　Research on the grid connection of wind turbine</p><p>　　Abstract With a large number of traditional energy consumption and deteriorating ecological environment, explore new energy h

20、as become the common aspiration of the people of our times. Wind power as an abundant, clean and renewable primary energy, and energy is a very important secondary energy. The present era, various countries in the world

21、for energy security and environmental issues more and more attention, the wind power generation technology is the solution to energy and environmental iss</p><p>　　Keywords: wind turbine generator，grid-conne

22、cted，Stable operation</p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　風(fēng)力發(fā)電是一種可再生的清潔能源，具有施工周期短、維護(hù)費用低、清潔無污染和不消耗任何燃料的優(yōu)點。同時風(fēng)力發(fā)電是一種綠色能源，對周圍空氣環(huán)境無污染，運行時不需要燃料燃燒，對我們這樣的化石燃料極其缺乏的大國尤其有用。利用潔凈的能源(可再生能源)是人類社會文明進(jìn)步

23、的表現(xiàn)、是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、是環(huán)保理念的體現(xiàn)，也是一個地區(qū)環(huán)保的重要指標(biāo)。隨著發(fā)達(dá)國家對二氧化碳減排義務(wù)的承諾，風(fēng)力發(fā)電受到許多國家的重視，成為未來能源的重要來源。合理有效地利用能源對我國實現(xiàn)高速持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)有重大意義。</p><p>　　風(fēng)電的單機容量較小，直接和配電網(wǎng)相連。而風(fēng)電場所在地區(qū)往往處于供電網(wǎng)絡(luò)的末端，承受沖擊的能力很弱。在并網(wǎng)發(fā)電時由于沖擊電流的存在，會對電網(wǎng)電壓產(chǎn)生影響。風(fēng)的速度和方向是不斷變

24、化的，有時甚至非常激烈，疲勞強度是影響機組壽命的主要因素，因此風(fēng)力發(fā)電機組對材料、結(jié)構(gòu)、工藝和控制策略都提出了很高的要求。由于風(fēng)力發(fā)電是一種間歇性能源，風(fēng)電場的功率輸出具有很強的隨機性，目前的預(yù)報水平還不能滿足電力系統(tǒng)實際運行的要，在作運行計劃時風(fēng)電是作為未知因素考慮的。為了保證風(fēng)電并網(wǎng)以后系統(tǒng)運行的可靠性。因此需要在原來運行方式的基礎(chǔ)上，額外安排一定容量的旋轉(zhuǎn)備用以響應(yīng)風(fēng)電場發(fā)電功率的隨機波動，維持電力系統(tǒng)的功率平衡與穩(wěn)定。各種形式的

25、風(fēng)力發(fā)電機組運行時對無功功率的需求不同，依靠電容補償來解決無功功率平衡問題，發(fā)電機的無功功率與出力有關(guān)，由此也影響電網(wǎng)的電壓。</p><p>　　因此，風(fēng)電很有可能給配電網(wǎng)帶來諧波污染，電壓和功率波動問題。風(fēng)電的隨機性給運行計劃的制定帶來困難，需要重新評估系統(tǒng)的供電可靠性，分析風(fēng)電的容量可信度，研究新的無功補償及電壓控制策略以保證風(fēng)電場和整個系統(tǒng)的電壓水平及無功平衡等。從安全、可靠的角度出發(fā)，結(jié)合電網(wǎng)實際對風(fēng)力

26、發(fā)電并網(wǎng)及并網(wǎng)后對電網(wǎng)的影響進(jìn)行針對性研究、分析，以便能夠采取有效的防止和抑制影響的措施，提高風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　風(fēng)能是一種豐富、清潔并且可再生的一次能源，而電能是一種非常重要的二次能

27、源。當(dāng)今時代，世界上各個國家對于能源安全問題和環(huán)境保護(hù)問題也越來越重視，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是解決能源和環(huán)境問題，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和快速發(fā)展要求的有效和重要的手段，并且逐步成為世界上增長速度最快的能源[1]。為實現(xiàn)能源的持續(xù)發(fā)展,必須尋找能替代常規(guī)能源的可再生、環(huán)保的新能源和可再生能源。歐盟2010年新能源提供的電力比重為22 %，而我國2010電力規(guī)劃中，煤電占80%，水電占近20%，可再生能源只占0.4% ，與世界能源消費的主流方向有很大的偏

28、離[2]。我國風(fēng)能資源豐富。據(jù)中國氣象科學(xué)研究院的初步測算，我國陸地l0m高度處可開發(fā)儲量為2. 53億kW，海上可開發(fā)儲量為7. 5億kW，總計約10億kW，風(fēng)能利用潛力巨大。在國家政策和資源優(yōu)勢的推動下，中國風(fēng)能開發(fā)利用取得了長足進(jìn)步。截止2008年，我國風(fēng)電裝機總?cè)萘窟_(dá)到1221萬千瓦，己占全球總裝機的10%，名列全球第四。僅2008年一年，我國新增風(fēng)電裝機容量就達(dá)630萬千瓦，新增量位列全球第二，僅僅次于美國的838萬千瓦。我國

29、風(fēng)能資源十分豐富,在東南沿海、山東、遼寧沿海及其島</p><p>　　1.2 研究目的及研究內(nèi)容</p><p>　　本次對于風(fēng)電的研究主要有以下幾個目的：研究風(fēng)電并網(wǎng)運行時都有哪些因素會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響，對約束條件下的最大風(fēng)力發(fā)電量的研究，能為改善風(fēng)電并網(wǎng)運行提出切實可行的措施。</p><p>　　為此，本論文的主要討論的內(nèi)容如下：</p>&

30、lt;p>　　（1）對風(fēng)能資源特性的研究，還有其對風(fēng)力發(fā)電的基本要求。風(fēng)能資源的特性決定了它是隨時變化和并且難以控制的，但是它也會遵循大自然一定的規(guī)律，只有好好把握整體規(guī)律，才能對風(fēng)力發(fā)電有關(guān)的各種研究更好地開展；</p><p>　?。?）對于各種常見風(fēng)力發(fā)電機組種類的對比研究。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前各大風(fēng)電站都形成了自己常用的幾種風(fēng)力發(fā)電機組類型，目前的形式結(jié)構(gòu)，工作特性原理和對電力系統(tǒng)的影響都各有差異，

31、在學(xué)習(xí)和研究之前，要把它們的基本特點進(jìn)行重點比較研究；</p><p>　?。?）風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的影響及其調(diào)整策略。小規(guī)模的風(fēng)電電源會引起電能質(zhì)量、電壓的問題，大規(guī)模的風(fēng)電電源會引起電網(wǎng)穩(wěn)定性等問題。在風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)后對電網(wǎng)電壓也會產(chǎn)生相當(dāng)大的影響，其影響程度與風(fēng)力發(fā)電機組接入方式，無功補償容量，機組有功功率等方面影響。</p><p>　?。?）風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運行動態(tài)性能研究。由于風(fēng)速是

32、時刻變化著的，風(fēng)力發(fā)電經(jīng)常處于各種擾動之中，由此導(dǎo)致的風(fēng)力發(fā)電的一個顯著特點就是其動態(tài)過程；另外，由于一般風(fēng)力發(fā)電都采用的是新型的發(fā)電機，新型的發(fā)電機動態(tài)性能也與傳統(tǒng)的同步發(fā)電機不同，我們會把這些因素的影響作為本次研究的重點。</p><p>　　2風(fēng)力資源與風(fēng)力發(fā)電機組</p><p><b>　　2.1引言</b></p><p>　　風(fēng)力

33、發(fā)電技術(shù)是集合了多重學(xué)科和應(yīng)用技術(shù)的系統(tǒng)工程，涉及到了氣象學(xué)、材料學(xué)、空氣動力學(xué)、力學(xué)、機電技術(shù)、自動控制、電力電子等多眾多學(xué)科[4]。在近十幾年的快速發(fā)展中，風(fēng)電技術(shù)的日趨發(fā)展和成熟，早期的小功率獨立運行方式的發(fā)電機組已經(jīng)淘汰，進(jìn)而發(fā)展為兆瓦級并網(wǎng)型的機組，風(fēng)機的槳葉調(diào)節(jié)方式已由變槳距調(diào)節(jié)方式取代了定槳距失速調(diào)節(jié)方式，發(fā)電機也由恒速恒頻的運行方式發(fā)展為為變速恒頻的運行方式[5]。</p><p>　　在風(fēng)力發(fā)電

34、技術(shù)的漫長發(fā)展進(jìn)程中，涌現(xiàn)出了很多風(fēng)力發(fā)電機組類型，它們的特性、機構(gòu)和原理都不盡相同，其中參雜著很多對于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分析產(chǎn)生影響的變化因素[6]。本章內(nèi)容把時下主流風(fēng)力發(fā)電機組作為重點研究對象，為了能夠深入的探討研究做好準(zhǔn)備。同時，由于風(fēng)速變化時刻影響著風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定運行，本章將首先對風(fēng)速變化和風(fēng)能資源的規(guī)律進(jìn)行探討。</p><p>　　2.2風(fēng)能資源與風(fēng)力發(fā)電基本特點</p><p>

35、　　2.2.1 風(fēng)能的特點 </p><p>　　風(fēng)能就是空氣流動所產(chǎn)生的動能[7]。 </p><p>　　風(fēng)能與其它能源相比，既有其明顯的優(yōu)點，又有其突出的局限性。風(fēng)能具有四大優(yōu)點和三大弱點。 </p><p>　　四大優(yōu)點是：蘊量巨大、可以再生、分布廣泛、沒有污染。 </p><p><b>　　三大弱點是： </b&g

36、t;</p><p><b>　　（1）密度低 </b></p><p>　　這是風(fēng)能的一個重要缺陷。由于風(fēng)能來源于空氣的流動，而空氣的密度是很小的，因此風(fēng)力的能量密度也很小，只有水力的1／816 </p><p><b>　　（2）不穩(wěn)定 </b></p><p>　　由于氣流瞬息萬變，因此風(fēng)的脈

37、動、日變化、季變化以至年際的變化都十分明顯，波動很大，極不穩(wěn)定</p><p><b>　?。?）地區(qū)差異大</b></p><p>　　由于地形的影響，風(fēng)力的地區(qū)差異非常明顯。一個鄰近的區(qū)域，有利地形下的風(fēng)力，往往是不利地形下的幾倍甚至幾十倍。 </p><p>　　自然界中的風(fēng)能資源是極其巨大的。合理利用風(fēng)能，既可減少環(huán)境污染，又可減輕越來

38、越大的能源短缺的壓力[8-10]。</p><p>　　2.2.2風(fēng)電場與常規(guī)能源電廠主要區(qū)別 </p><p>　　風(fēng)力發(fā)電與傳統(tǒng)的常規(guī)能源發(fā)電在某些方面具有很多共性，不同的就是風(fēng)力發(fā)電具有一些特殊的問題。風(fēng)力發(fā)電與火電、水電相比，有以下四點區(qū)別： </p><p>　?。?）風(fēng)力時刻處在變化之中，所以風(fēng)電場在輸出電能時具有隨機性，輸出電量大小取決于風(fēng)速的大小，而

39、常規(guī)能源的有功和無功輸出是可以提前準(zhǔn)確預(yù)測的； </p><p>　　（2）過去采用的風(fēng)電機組通常是異步發(fā)電機，為了減少發(fā)電機組吸收無功，一般會在機端出口處裝設(shè)無功補償電容器組，但即使這樣發(fā)電機在輸出有功的同時仍然會吸收無功，這樣容易造成機端出口電壓產(chǎn)生波動；而常規(guī)能源發(fā)電機機組通常是同步發(fā)電機組； </p><p>　　（3）與常規(guī)能源機組相比，風(fēng)電機組的單機容量較小，所以風(fēng)電機組通常會

40、大量的并列運行； </p><p>　?。?）常規(guī)能源發(fā)電機組能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)調(diào)頻和調(diào)壓作用，一般需要工作人員看守；目前，風(fēng)電機組一般不參與系統(tǒng)調(diào)整，可以做到無人值守，系統(tǒng)運行參數(shù)超過一定范圍時，風(fēng)電機組自動停機。 </p><p>　　綜上所述，風(fēng)能的間歇性和隨機性決定了風(fēng)力發(fā)電機的輸出特性也是波動的和間歇的。作為發(fā)電機構(gòu)的異步發(fā)電機在發(fā)出有功功率的同時，要從系統(tǒng)吸收無功功率，并且其無功需

41、求是隨有功輸出的變化而變化的。當(dāng)風(fēng)電場的容量較小時，這些特性對電力系統(tǒng)的影響并不顯著，但隨著風(fēng)電場容量在系統(tǒng)中所占比例的增加，風(fēng)電場對系統(tǒng)的影響就會越來越顯著。</p><p>　　2.2.3風(fēng)力發(fā)電的基本特點</p><p>　　由于變速恒頻運行方式可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)運行轉(zhuǎn)速，因而能夠最大程度上利用風(fēng)能，可以有效適應(yīng)由于風(fēng)速變化而導(dǎo)致的風(fēng)力發(fā)電機組的功率變化,這種運行方式，不僅在控制方

42、式上相當(dāng)靈活,而且效率較高，還很好地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率和無功功率[11]。 恒速恒頻發(fā)電技術(shù)與變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)勢[12]，首先風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率得到了有效的提高，風(fēng)力施加到風(fēng)力機上的機械應(yīng)力也得到顯著降低；其次通過控制發(fā)電機轉(zhuǎn)子交流勵磁電流的幅值﹑頻率和相位,能夠?qū)崿F(xiàn)變速下的恒頻運行[13]，并且通過矢量變換控制還能實現(xiàn)輸出有功和無功功率的解耦控制[14-15] ,提高電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性和動﹑靜態(tài)穩(wěn)定性;最后采用變速恒頻

43、發(fā)電技術(shù),可以使發(fā)電機組與電網(wǎng)系統(tǒng)之間實現(xiàn)良好的柔性連接,比傳統(tǒng)的恒頻發(fā)電系統(tǒng)更容易實現(xiàn)并網(wǎng)操作及運行。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電是一種把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能來加以利用的電力技術(shù)，風(fēng)能的大小決定了風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模。在這一過程中，風(fēng)機是原動機，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能，進(jìn)而驅(qū)動各種類型的發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)化為電能，并通過傳輸接入大型電網(wǎng)、或者就近組成隔離電源系統(tǒng)。因此，風(fēng)力機是風(fēng)力發(fā)電的來源，風(fēng)力機在很大程度上決定了風(fēng)力

44、發(fā)電的特性。</p><p>　　由圖2-1可知，Cp是一個變量，是隨著風(fēng)力機的轉(zhuǎn)速而變化的，通常表示為風(fēng)力機葉尖線速度和風(fēng)速的比值－“尖速比（TSR）”的函數(shù)風(fēng)力機的風(fēng)能利用系數(shù)Cp只有在一個特定的最優(yōu)尖速比λopt下才達(dá)到最大值Cpmax，而由式知，當(dāng)風(fēng)速變化時，如果風(fēng)力發(fā)電機組仍然保持某一固定的轉(zhuǎn)速，那么必將偏離其最優(yōu)值λopt，從而使Cp降低，即降低了風(fēng)力機的風(fēng)能利用效率。所以，為了提高風(fēng)能利用效率，必須

45、使得風(fēng)速變化時機組的轉(zhuǎn)速也隨之變化從而保持最優(yōu)尖速比和最大風(fēng)能利用系數(shù)，這就是變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)誕生和發(fā)展的一個主要原因。</p><p>　　圖2-1典型風(fēng)力機風(fēng)能利用系數(shù)與尖速比特性曲線</p><p>　　額定值為50MVA、10.5kV的2對極隱極同步發(fā)電機與10.5kV無窮大系統(tǒng)相連。隱極機的電阻R=0.005p.u，電感L=0.9p.u，發(fā)電機供給的電磁功率Pe=0.8p.u。&

46、lt;/p><p>　　圖2-2電路仿真模型</p><p>　　圖2-3簡化同步電機SSM</p><p>　　圖2-4電機測量信號分離器Demux</p><p>　　Fourier分析模塊FFT基頻為50Hz。</p><p>　　常數(shù)模塊Pm為0.805</p><p>　　VLLrms為1

47、.04</p><p><b>　　仿真時間為2s。</b></p><p><b>　　圖2-5仿真波形</b></p><p>　　電磁功率Pe由0開始變大，機械功率大于電磁功率。發(fā)電機有過剩的功率，轉(zhuǎn)速變大，隨著功角變大，發(fā)電機的電磁功率Pe也變大，使得過剩功率變小。當(dāng)t=0.18s是，在阻尼的作用下，，過剩功率成為

48、減速性功率，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開始下降，但轉(zhuǎn)速仍大于1500r/min，因此功角繼續(xù)增大，直到轉(zhuǎn)速n小于1500r/min后（t=0.5s），功角開始減少，電磁功率Pe也變少。t=1.5s后，在電機的阻尼作用下，n穩(wěn)定在1500r/min，功率穩(wěn)定在0.8p.u.，為44°。</p><p>　　2.3風(fēng)力發(fā)電機組的類型及基本運行特性</p><p>　　2.3.1 鼠籠式感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機組

49、</p><p>　　根據(jù)異步電機理論，異步發(fā)電機并網(wǎng)運行時由定子三相繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速決定于電網(wǎng)的頻率及電機繞組的極對數(shù)[16]，即</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　式中:為同步轉(zhuǎn)速；f為電網(wǎng)頻率；p為繞組極對數(shù)；</p><p>　　當(dāng)異步電機由原動機驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速超過

50、同步轉(zhuǎn)速時(n > nN )，異步電機將處于發(fā)電運行狀態(tài)，異步電機的不同運行狀態(tài)可用滑差率S來區(qū)別表示。異步電機的滑差率定義為:</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　為了能夠讓風(fēng)力發(fā)電機組的頻率穩(wěn)定輸出，人們發(fā)明了恒速風(fēng)機，與之相關(guān)的，鼠籠式感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機組就得到了非常廣泛的應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)如圖2-所示。其發(fā)電機采用籠型轉(zhuǎn)子，通過齒輪

51、箱與風(fēng)力機轉(zhuǎn)子相連。 </p><p>　　圖2-6鼠籠式感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機組</p><p>　　這種發(fā)電機組的優(yōu)點是轉(zhuǎn)子不需要外加勵磁，沒有滑環(huán)和電刷，因而其結(jié)構(gòu)簡單、堅固，基本上無需維護(hù)。但它也有幾個明顯的缺點，首先，鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機需要吸收大量的無功，而且有功功率輸出越多所需要吸收的無功功率也越多，這是對電網(wǎng)運行很不利的，為此，發(fā)電機定子側(cè)往往需要裝設(shè)無功功率補償裝置，如圖2-所示的并

52、聯(lián)電容器，但這仍不能滿足動態(tài)運行的需要；其次，這種發(fā)電機組運行時轉(zhuǎn)速變化較小，但根據(jù)前述的風(fēng)力機工作原理，恒速風(fēng)機的風(fēng)能利用效率較低[17]。</p><p>　　2.3.2交－直－交變頻并網(wǎng)同步風(fēng)力發(fā)電機組</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電中，電能變換裝置起到了非常重要的作用。為了有效提高對風(fēng)能的利用效率，發(fā)電機組必須實現(xiàn)變速運行。為了實現(xiàn)電壓、頻率的變換，要使用電力

53、電子變流裝置，因此，在發(fā)電機變速運行過程中，無論其發(fā)出的電能具有怎樣的電壓和頻率，都可以用電力電子變流裝置進(jìn)行變換，然后并入電網(wǎng)[18]。圖2-所示是近年來發(fā)展迅速的一種風(fēng)力發(fā)電機組原理圖。它使用的是同步發(fā)電機，當(dāng)風(fēng)力機與發(fā)電機相連接時，變速裝置就變得可有可無了 </p><p>　　圖2-7交－直－交變頻并網(wǎng)同步風(fēng)力發(fā)電機組</p><p>　　這種型式的風(fēng)力發(fā)電機組對于風(fēng)能的利用效率較

54、高，并且實現(xiàn)了變速運行，經(jīng)過電力電子變流裝置并網(wǎng)，使得機電系統(tǒng)解耦，常見的同步電機存在功角穩(wěn)定性問題，而它不存在此問題，變流裝置本身是具有無功功率控制能力的，有效的緩解電壓問題[19]。但這種發(fā)電機組的變流裝置容量應(yīng)該至少與發(fā)電機額定容量相等，使得成本較高且運行損耗較大。</p><p>　　2.3.3 雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機組</p><p>　　這種發(fā)電機組采用了雙饋感應(yīng)發(fā)電機，它是一種繞

55、線式轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機，它與籠型感應(yīng)電機不同的地方是，通過滑環(huán)和電刷其轉(zhuǎn)子繞組與一個雙向變流器相連接，如圖2-所示。</p><p>　　圖2-8雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機組</p><p>　　雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子變流器能夠改變發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的電壓、頻率和相位，并且能夠在發(fā)電機轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)之間實現(xiàn)雙向能量交換，實際上具有提供勵磁電流的功能。因此，這種風(fēng)力發(fā)電機組實現(xiàn)了真正意義上的變速運行，提高對風(fēng)

56、能的利用效率；最主要的是，它具有控制無功功率的能力，可以吸收或發(fā)出無功功率，所以獲得了較好的電網(wǎng)連接特性；同時，該轉(zhuǎn)子變流器的容量一般為發(fā)電機額定容量的30%，降低了系統(tǒng)的運行損耗和成本[20]。</p><p>　　3風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的影響及其調(diào)整策略 </p><p>　　小規(guī)模的風(fēng)電電源會引起電能質(zhì)量、電壓的問題，大規(guī)模的風(fēng)電電源會引起電網(wǎng)穩(wěn)定性等問題。在風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)后對電網(wǎng)電壓也

57、會產(chǎn)生相當(dāng)大的影響，其影響程度與風(fēng)力發(fā)電機組接入方式，無功補償容量，機組有功功率等方面影響。</p><p>　　3.1 風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)對電壓的影響 </p><p>　　普通異步發(fā)電機不能發(fā)出無功，需要從系統(tǒng)吸收無功，因而風(fēng)電場無功補償對系統(tǒng)電壓影響甚重。在進(jìn)行無功補償前，雖然風(fēng)電場的接入能夠提供有功功率，但是由于風(fēng)電場需要從系統(tǒng)吸收大量無功以建立旋轉(zhuǎn)磁場，因此會導(dǎo)致系統(tǒng)無功損耗增大，從

58、而系統(tǒng)電壓降低。而隨著風(fēng)場有功出力的增加，發(fā)電機轉(zhuǎn)差進(jìn)一步增大，需要的無功也增加，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)電壓持續(xù)降低，當(dāng)風(fēng)電場端電壓降到一定限值還會影響風(fēng)機正常運行。</p><p>　　接在電網(wǎng)上的負(fù)載，一般來說，其功率因數(shù)都是落后的，亦即需要落后的無功功率，而接在電網(wǎng)上的感應(yīng)發(fā)電機也需從電網(wǎng)吸取落后的無功功率，這無疑加重了電網(wǎng)上其他同步發(fā)電機提供無功功率的負(fù)擔(dān)，造成不利的影響。所以對配置感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電機，通常要采用

59、電容器等無功補償裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒o功補償。 </p><p>　　無功補償裝置的存在，補償了風(fēng)電場的無功需要，使得風(fēng)電場出力在一定范圍內(nèi) 時線路損耗減小，使得風(fēng)電場出線電壓較風(fēng)電場接入前有所提高；當(dāng)風(fēng)電場出力繼續(xù)增大，功率開始倒倒送，電壓抬高現(xiàn)象更為嚴(yán)重，此時容易引起電壓波動、閃變等問題，影響風(fēng)機的正常運行。所以應(yīng)根據(jù)實際情況合理補償無功。由于風(fēng)電場的不穩(wěn)定

60、性和不可控性，普通異步發(fā)電機實際運行中所需要的無功也要隨之做相應(yīng)的調(diào)整。</p><p>　　雙饋發(fā)電機定子三相繞組直接與電網(wǎng)相聯(lián)，轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)交—交循環(huán)變流器聯(lián)入電網(wǎng)。這種系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，勵磁電流的頻率、幅值和相位都是可調(diào)的，調(diào)節(jié)勵磁電流的頻率， 保證發(fā)電機在變速運行的情況下發(fā)出恒定頻率的電力; 通過改變勵磁電流的幅值和相位， 可達(dá)到調(diào)節(jié)輸出無功功率的目的，從而調(diào)靈活調(diào)整電網(wǎng)電壓。 </p><

61、;p>　　同發(fā)風(fēng)電場并網(wǎng)及其出力大小對電網(wǎng)電壓影響十分明顯，隨著風(fēng)電場出力的增加，變電站母線電壓先升后降，如圖3-1所示。 </p><p>　　圖3-1電場并網(wǎng)對電網(wǎng)電壓影響</p><p>　　需要指出的是，風(fēng)電場設(shè)備平均利用小時數(shù)不超2000h，按同發(fā)風(fēng)電場規(guī)劃裝機400～450MW，其出力多數(shù)時間在100MW 左右，電網(wǎng)極有可能長期運行在電壓最惡劣狀態(tài)。 </p>

62、<p>　　因此，需要在同發(fā)風(fēng)電場變壓器低壓側(cè)加裝電抗器，可以解決當(dāng)前電壓過高問題。 </p><p>　　3.2 電網(wǎng)電壓的調(diào)整 </p><p>　　有些風(fēng)電場處于電網(wǎng)末端，電壓較低，在進(jìn)行風(fēng)電場設(shè)計時有一項很重要的工作就是變壓器電壓分接頭設(shè)計。既要保證風(fēng)機的出口電壓，又要確保線路上其它用戶的要求。</p><p>　　在設(shè)計時要認(rèn)真調(diào)查不同季節(jié)、

63、不同時間(白天與晚上的負(fù)荷)距離風(fēng)電場最近的線路末端節(jié)點電壓的變化值，并根據(jù)該電壓值來設(shè)計電壓分接頭，風(fēng)力發(fā)電機作為電源，其電壓允許的偏差值為額定電壓的+10%至-5%，如果電壓低于額定值，則輸送同樣功率時電流值就會增加，從而引起線路損耗的增加。另一方面，低電壓還會引起軟啟動電流值的增加。在風(fēng)電場接入電網(wǎng)調(diào)試期間，應(yīng)反復(fù)測量變電站低壓側(cè)電壓，合理選擇分接開關(guān)位置，以確保風(fēng)機出口電壓在規(guī)定的范圍之內(nèi)。 </p><p&

64、gt;　　3.3 風(fēng)電場對保護(hù)裝置的影響</p><p>　　為了減少風(fēng)電機組的頻繁投切對接觸器的損害，在有風(fēng)期間風(fēng)電機組都保持與電網(wǎng)相連，當(dāng)風(fēng)速在起動風(fēng)速附近變化時，允許風(fēng)電機組短時電動機運行，因此風(fēng)電場與電網(wǎng)之間聯(lián)絡(luò)線的功率流向有時是雙向的。因此，風(fēng)電場繼電保護(hù)裝置的配置和整定應(yīng)充分考慮到這種運行方式。異步發(fā)電機在發(fā)生近距離三相短路故障時不能提供持續(xù)的故障電流，在不對稱故障時提供的短路電流也非常有限。因此風(fēng)電

65、場保護(hù)的技術(shù)困難是如何根據(jù)有限的故障電流來檢測故障的發(fā)生，使保護(hù)裝置準(zhǔn)確而快速的動作。另一方面，盡管風(fēng)力發(fā)電提供的故障電流非常有限，但也有可能會影響現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置的正確運行，這在最初的電網(wǎng)保護(hù)配置和整定時是沒有考慮到的。 </p><p>　　當(dāng)線路輸送的有功功率變化時，節(jié)點電壓會隨無功損耗的變化而變化；而風(fēng)電場內(nèi)部存在無功損耗(集電系統(tǒng)線路、變壓器和風(fēng)場到電網(wǎng)并網(wǎng)點的送出線路)。這意味著如果不對并網(wǎng)點的無功功

66、率進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)風(fēng)電場的有功功率隨著風(fēng)速的變化而變化時，并網(wǎng)點的電壓也會隨之變化，變化的幅度由系統(tǒng)強度、無功功率和有功功率決定。對于弱電網(wǎng)或接入風(fēng)電比例較高時，如果不采取措施，會引起風(fēng)場和電網(wǎng)的跳閘，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。在風(fēng)資源豐富的地區(qū)，會有許多風(fēng)場接入同一輸電系統(tǒng)。而常見的電網(wǎng)故障會導(dǎo)致風(fēng)場并網(wǎng)點的電壓跌落，從而導(dǎo)致常規(guī)的風(fēng)機跳機。當(dāng)風(fēng)電比例較高時或者某地區(qū)風(fēng)電特別集中時，會導(dǎo)致系統(tǒng)在故障(緊急)條件下失去大量有功功率和無功功率，由單

67、一故障發(fā)展為多重故障(線路跳閘，電廠跳閘)，給電網(wǎng)的調(diào)度和運行帶來困難，極大地影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 </p><p>　　3.4 發(fā)電系統(tǒng)電網(wǎng)故障不脫網(wǎng)運行能力 </p><p>　　隨著風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中所占比例的不斷升高，很多國家的并網(wǎng)導(dǎo)則對風(fēng)力發(fā)電的要求也越來越高，要求風(fēng)電機組具有一定的故障不脫網(wǎng)運行能力和電壓支持能力。</p><p>　　3.4.1低電

68、壓穿越 </p><p>　　低電壓穿越是指在系統(tǒng)電壓跌落時風(fēng)電機組保持與電網(wǎng)并網(wǎng)的能力。電網(wǎng)在運行中的擾動(雷擊，設(shè)備故障等)時有發(fā)生。此時，電源保持與電網(wǎng)的連接對于電網(wǎng)的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。英國電網(wǎng)發(fā)生故障時的電壓大于50％ 的地區(qū)電壓低于80％ 額定電壓，這意味著風(fēng)電機組如果沒有低電壓穿越能力，這些地區(qū)接入的風(fēng)電場在系統(tǒng)故障時會與系統(tǒng)解列。 </p><p>　　電網(wǎng)在運行中的擾動(

69、雷擊，設(shè)備故障等)時有發(fā)生。此時，電源保持與電網(wǎng)的連接對于電網(wǎng)的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。我國當(dāng)前在運行的風(fēng)電機組尚不具備低電壓穿越能力，在其電壓低于最低運行電壓時會因保護(hù)而切機。在風(fēng)電比例較高的地區(qū)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，大量的風(fēng)電機組會因電壓跌落而跳機，引起系統(tǒng)所需的有功功率和無功功率不足，從而導(dǎo)致擾動后系統(tǒng)的穩(wěn)定性更差，可能使單一故障發(fā)展為多重故障，并有導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險。</p><p>　　因而，在電網(wǎng)故障時保持

70、風(fēng)電場的并網(wǎng)能力對于維持電網(wǎng)的穩(wěn)定性具有重要意義。這已經(jīng)被越來越普遍地認(rèn)識和接受。許多國家如德國，丹麥、英國、美國、加拿大等，已經(jīng)實施或正在修定的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了風(fēng)電場在電網(wǎng)故障時應(yīng)具備保持并網(wǎng)的能力。 </p><p>　　3.4.2電網(wǎng)故障運行模式時雙饋發(fā)電機 </p><p>　　為雙饋感應(yīng)發(fā)電機增加Crowbar 電路來實現(xiàn)系統(tǒng)的LVRT 是目前最常用的方法，如圖3-2所示。<

71、;/p><p>　　圖3-2雙饋感應(yīng)發(fā)電機</p><p>　　該電路中電阻的選取至關(guān)重要，既不能太大以防變流器端電壓過高，也不能太小致使不能有效限制電流。短路發(fā)生時接入Crowbar電路進(jìn)行限流。 </p><p>　　如果電壓跌落時間較長，超過0.11s，則斷開Crowbar并使系統(tǒng)運行在正常工作模式，電機即可在故障期間為電網(wǎng)提供無功。但應(yīng)注意，如果在切換時不采取特

72、殊的控制則會產(chǎn)生較嚴(yán)重的暫態(tài)過程。由于在此過程中電機始終沒有與電網(wǎng)解列，因而電機仍能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩以抵消風(fēng)機產(chǎn)生的機械轉(zhuǎn)矩，故電機轉(zhuǎn)速不會上升過高。故障消除后，風(fēng)力發(fā)電機恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，但如不采取特殊控制策略，在電壓恢復(fù)造成的暫態(tài)過程中，各PI環(huán)節(jié)的給定與實際返回值之間的不匹配會導(dǎo)致積分飽和，這將產(chǎn)生嚴(yán)重的暫態(tài)響應(yīng)。因此，為得到平滑的切換過程，須將各參考值設(shè)定為此過程中的實際值，這才能較緩慢地過渡到正常狀態(tài)。該方法簡單有效，且成本較低

73、，便于實現(xiàn)，但實際效果嚴(yán)重依賴于內(nèi)部運行條件和故障特征，對于非對稱故障能起到的作用有限;并且Crowbar 在不同運行狀態(tài)間切換會不可避免地產(chǎn)生暫態(tài)響應(yīng)，尤其是在電壓恢復(fù)過程中，電網(wǎng)電壓從故障狀態(tài)恢復(fù)到正常會使系統(tǒng)產(chǎn)生一個暫態(tài)過程， 若此時Crowbar 退出還將加劇該暫態(tài)過渡過程。 </p><p>　　另外，在電網(wǎng)發(fā)生故障時，發(fā)電機轉(zhuǎn)速的變化不僅是由風(fēng)速的變化引起的，同時也是由電磁轉(zhuǎn)矩的減小引起的。也就是說，

74、在電網(wǎng)故障時，有功功率的給定值需要進(jìn)行不同的設(shè)置。在電網(wǎng)故障運行模式下，由一個機械振蕩阻尼控制器給出。這個控制器的目的就是減弱電網(wǎng)故障時驅(qū)動鏈的扭曲振蕩，它是一個帶有限幅的PI控制器，輸出信號為，輸入信號為發(fā)電機實測轉(zhuǎn)速與發(fā)電機轉(zhuǎn)速給定值的差值，發(fā)電機轉(zhuǎn)速給定值是由風(fēng)速的優(yōu)化曲線得到的。該振蕩阻尼控制器可以在電網(wǎng)故障時有效地減弱驅(qū)動鏈的扭曲振蕩，沒有該控制器或者控制器整定不夠充分都有可能引起驅(qū)動鏈的自激振蕩，有導(dǎo)致發(fā)電機反復(fù)正反轉(zhuǎn)運行的

75、可能和機械構(gòu)件的損壞。因此，振蕩阻尼控制器的引入可以盡可能減少電網(wǎng)故障時對風(fēng)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電氣和機械兩方面的影響，與前面提到的Crowbar 電路一起可以大大增強雙饋發(fā)電系統(tǒng)的故障不脫網(wǎng)運行能力。</p><p>　　另外，前面提到的槳矩角控制不能阻礙這種扭曲振動，這是由于在槳矩角控制中引入了多個延遲機構(gòu)。因此，槳矩角控制可減弱振蕩頻率較低的振蕩，而阻尼控制器是抑制頻率較高的振蕩。 在電網(wǎng)故障時，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)

76、變換器的作用會有所改變，這取決于轉(zhuǎn)子過流保護(hù)系統(tǒng)是否被觸發(fā)激活。在不是很嚴(yán)重的電網(wǎng)故障時，轉(zhuǎn)子過流保護(hù)系統(tǒng)不必觸發(fā)，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器未被阻斷，此時，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器的作用不變。在嚴(yán)重的電網(wǎng)故障時，轉(zhuǎn)子過流保護(hù)系統(tǒng)被觸發(fā)，此時可以引入一個電壓支持控制器，來進(jìn)一步提高雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的故障不脫網(wǎng)運行能力，這也是一些國家的風(fēng)電場并網(wǎng)導(dǎo)則提出的要求。</p><p>　　3.4.3電網(wǎng)故障運行模式時同步發(fā)電機 </

77、p><p>　　有論文提出，在直流側(cè)增加卸荷負(fù)載可以極大地提高永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的低電壓穿越能力，使其可以在電網(wǎng)電壓跌落較嚴(yán)重的情況下仍能保持并網(wǎng)和正常運行，說明永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)可以適應(yīng)新的電網(wǎng)規(guī)則對低電壓穿越功能的要求。 </p><p>　　通過網(wǎng)側(cè)變換器能夠方便地實現(xiàn)對輸出功率因數(shù)的調(diào)整，永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)既可以向電網(wǎng)輸送無功，也可以從電網(wǎng)吸收無功，從而為電力系統(tǒng)的總體調(diào)度作出貢獻(xiàn)。 <

78、;/p><p>　　在不同功率因數(shù)下，當(dāng)發(fā)生跌落故障時，系統(tǒng)仍能保持良好的工作狀態(tài)。 </p><p>　　隨著風(fēng)電機組容量的不斷增大，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短時故障時，風(fēng)電系統(tǒng)應(yīng)該參與對電網(wǎng)電壓的調(diào)節(jié)，起到穩(wěn)定電網(wǎng)的作用。永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)能在電網(wǎng)電壓跌落時快速為電網(wǎng)提供無功支持。</p><p>　　總之，永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)具有較強的低電壓穿越能力，可以安全運行在不同功率因數(shù)下，同

79、時能在電網(wǎng)電壓故障期間對系統(tǒng)提供一定的無功支持，隨著其單機容量的不斷提高和應(yīng)用的日益廣泛，將通過與傳統(tǒng)發(fā)電方式的功率配合，更多地參與到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高和整體調(diào)度中。</p><p>　　4風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運行動態(tài)性能研究</p><p><b>　　4.1引言</b></p><p>　　當(dāng)風(fēng)力發(fā)電并入電網(wǎng)，會和電力系統(tǒng)產(chǎn)生相互影響，我們之前討

80、論了對穩(wěn)態(tài)性能的影響，接下來我們要研究的是風(fēng)力發(fā)電對電力系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。并網(wǎng)動態(tài)性能包括并網(wǎng)過程動態(tài)、風(fēng)力發(fā)電引起的電壓波動和閃變、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)諧波研究、風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)故障等暫態(tài)過程中的特性及其穩(wěn)定與控制和風(fēng)力發(fā)電對繼電保護(hù)系統(tǒng)的影響等[20]。本章將著重研究這些內(nèi)容。</p><p>　　4.2風(fēng)電機組并網(wǎng)動態(tài)性能研究</p><p>　　眾所周知，只有在發(fā)電機電壓與電網(wǎng)電壓的頻率、

81、相序、相位和幅值分別相等時，才能把發(fā)電機并網(wǎng)，當(dāng)然風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)也是一樣的。滿足這些條件是為了降低電網(wǎng)和發(fā)電機本身工作是產(chǎn)生的影響，從另一點來說，理想條件下，當(dāng)發(fā)電機與電網(wǎng)之間滿足這些條件時它們是沒有功率交換的，可實現(xiàn)空載并網(wǎng)[21]。</p><p>　　由于這種限制的存在或某些特殊需要，風(fēng)機不可能總是空載并網(wǎng)，鼠籠式異步風(fēng)力發(fā)電機定子是不能建立電壓的，會對電網(wǎng)造成一定程度影響，這些都是并網(wǎng)型風(fēng)力機的動態(tài)過

82、程，使用各種各樣的微分方程模型風(fēng)力發(fā)電機組采用時域仿真方法研究了不同類型機組的同步過程的各種條件。2風(fēng)力發(fā)電機各部分?jǐn)?shù)學(xué)模型及仿真 </p><p><b>　　4.2.1風(fēng)力機 </b></p><p>　　風(fēng)能利用系數(shù)（功率系數(shù)）Cp是指單位時間內(nèi)風(fēng)力機所獲得的能量與風(fēng)能之比。它是評定風(fēng)力機氣動特性優(yōu)劣的主要參數(shù)，其定義式： <

83、/p><p><b>　　(4-1)</b></p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　P為風(fēng)力機的功率，單位是W；</p><p>　　ρ為空氣密度，單位是kg/m3；</p><p>　　S為風(fēng)輪的掃風(fēng)面積，單位是m2；</p>

84、<p>　　V為來流風(fēng)速，單位是m/s</p><p>　　風(fēng)力機通過葉片捕獲風(fēng)能，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為作用的發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的機械能，將吸收的葉片轉(zhuǎn)矩為作用在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的機械轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　風(fēng)力機吸收功率可以表示為風(fēng)速的函數(shù)，其模型表示為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>

85、　　根據(jù)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行Simulink仿真。輸入為風(fēng)速V，空氣密度ρ和發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩T；葉尖速比λ和風(fēng)力機受風(fēng)面積A為常數(shù)。輸出為風(fēng)力機輸出功率P，輸出轉(zhuǎn)矩Te，輸出轉(zhuǎn)速ω和發(fā)電機輸入轉(zhuǎn)速ω。</p><p>　　圖4-1 風(fēng)力機仿真模型</p><p>　　圖4-2 風(fēng)力機封裝界面</p><p>　　設(shè)定輸入風(fēng)速為15m/s，空氣密度為1.29kg/m3

86、，仿真時間為10秒，得輸出曲線如圖4-3。橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)分別為功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、發(fā)電機輸入轉(zhuǎn)速。</p><p>　　圖4-3風(fēng)力機仿真輸出曲線</p><p>　　4.2.2鼠籠式發(fā)電機組并網(wǎng)動態(tài)過程研究</p><p>　　鼠籠式發(fā)電機定子繞組與電源直接相連，因此定子繞組電勢和電流的頻率決定了系統(tǒng)頻率，而電流的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也影響著轉(zhuǎn)子繞組電勢大小，它取

87、決于空氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對速度。它的等值電路如圖4-4所示</p><p>　　圖4-4鼠籠異步電機等值電路</p><p>　　當(dāng)風(fēng)速滿足并網(wǎng)條件時，風(fēng)力機會帶動鼠籠式感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機在達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時準(zhǔn)備并網(wǎng)；鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機本身是不具備勵磁系統(tǒng)，它的勵磁都是由定子提供，在并網(wǎng)之前，其定子無法建立電壓，并網(wǎng)時可能會產(chǎn)生很大的沖擊。</p><p>　　4.2.3

88、雙饋感應(yīng)電機組并網(wǎng)動態(tài)過程研究</p><p>　　由于雙饋感應(yīng)發(fā)電機具有轉(zhuǎn)子勵磁功能，其定子可以在并網(wǎng)前建立起由轉(zhuǎn)子勵磁可以進(jìn)行快速靈活控制的電壓，該電壓可以達(dá)到幅值、頻率和相位的完全一致。</p><p>　　圖4-5所示是一臺1MW雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機組理想并網(wǎng)過程的仿真曲線。并網(wǎng)時，發(fā)電機有功為零，而與電網(wǎng)具有100kVar無功功率交換。由可知，0.5秒時發(fā)電機并網(wǎng)，隨后發(fā)電機定子電

89、流產(chǎn)生響應(yīng)，并迅速達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，曲線的仿真采用的步長僅為0.5ms，但我們還是無法從圖形上觀察到過渡過程的存在，經(jīng)過多次仿真，這種現(xiàn)象與并網(wǎng)合閘時刻無關(guān)。同時，發(fā)電機有功功率一直保持接近為零，機端電壓曲線平緩且變化幅度很小，這說明并網(wǎng)過程中電網(wǎng)與發(fā)電機存在的無功功率交換產(chǎn)生的沖擊不是很大。</p><p>　　圖4-5只存在無功功率交換時發(fā)電機并網(wǎng)過程曲線</p><p>　　在實際中，由于

90、作為風(fēng)力發(fā)電機組原動機的風(fēng)力機功率調(diào)節(jié)過程緩慢，而風(fēng)速卻是市不斷變化的，所以在并網(wǎng)過程中，很難保證發(fā)電機有功功率為零[22]。圖4-5給出了同時具有150kW有功功率和100kVar無功功率交換的并網(wǎng)過程的仿真曲線。從曲線上我們可以看出，發(fā)電機定子電流出現(xiàn)了非常明顯的由于有功功率交換而產(chǎn)生的過渡過程和沖擊過程。</p><p>　　圖4-5存在有功功率和無功功率交換時發(fā)電機并網(wǎng)過程曲線</p>&l

91、t;p>　　實際上，風(fēng)力發(fā)電廠中有很多的機組，各臺機組很可能同時達(dá)到并網(wǎng)的風(fēng)速條件，當(dāng)多臺發(fā)電機同時并網(wǎng)時，會對電網(wǎng)造成較大的沖擊；而當(dāng)風(fēng)速變化時，調(diào)整各臺機組狀況是它們分別并網(wǎng)，則又會花費很長的時間[23]。因此，需要采取一定措施，使得風(fēng)力發(fā)電機組有功功率時刻處在不斷變化之中，實現(xiàn)平穩(wěn)并網(wǎng)。</p><p>　　由圖4-5曲線可知，在并網(wǎng)過程中因為有功功率的交換所產(chǎn)生的沖擊幅度大、時間長，這是因為有功功率

92、的平衡是一個與發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動規(guī)律有關(guān)的機電暫態(tài)過程，在并網(wǎng)前，當(dāng)有功功率剩余時，發(fā)電機將加速旋轉(zhuǎn)，因此發(fā)電機有功功率的狀況可以從轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化來體現(xiàn)。</p><p><b>　　5總結(jié)與展望</b></p><p>　　風(fēng)力發(fā)電是一種可再生的清潔能源，風(fēng)電能夠帶來顯著的環(huán)境效益和社會效益。合理有效地利用能源對我國實現(xiàn)高速持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)有極其重大的意義。</p&

93、gt;<p>　　風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速、技術(shù)成熟、可靠性高、成本低互規(guī)模效益顯著，是發(fā)展最快的新型能源。但大型風(fēng)電場并網(wǎng)會改變系統(tǒng)原有的潮流及網(wǎng)損的分布，</p><p>　　對電網(wǎng)的規(guī)劃提出了新的要求：可能給配電網(wǎng)帶來電能質(zhì)量問題，如諧波污染、</p><p>　　電壓波動及閃變：對系統(tǒng)的功角、頻率以及電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響；風(fēng)電具有很強的隨機性，需要研究能夠考慮風(fēng)電特點的發(fā)電

94、和運行計劃方法；重新評估系統(tǒng)的發(fā)電可靠性，分析風(fēng)電的客量可信度；研究新的無功調(diào)度及電壓控制策略等。采用雙饋發(fā)電機組是大勢所趨，風(fēng)電場可以像常規(guī)機組一樣，承擔(dān)電壓及無功控制的任務(wù)。風(fēng)力發(fā)電作為電力系統(tǒng)中一個嶄新的領(lǐng)域，正吸引越來越多的研究機構(gòu)和人員從事風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的研究和咨詢工作。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]吳捷,楊俊華.綠

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106、t;　　歷時一個多月的時間終于完成了這篇論文，雖然過程充滿了困難和疑問，但經(jīng)過指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)也都一一得以解決，在此要衷心感謝我的指導(dǎo)老師—宋成寶老師。從最初寫論文定題到后來收集各種資料，到寫作、修改論文，再到后來的定稿，她都不厭其煩的為我指導(dǎo)講解。為了方便我們有問題及時解決，老師還專門建立了屬于我們的微信群，有問題隨時能向老師請教。在此，對宋老師的辛勤付出表示最真誠的感謝。</p><p>　　另外，還要特別

107、感謝大學(xué)四年里悉心教誨我的各位老師。能夠完成這篇論文，最離不開的還是老師們孜孜不倦的教學(xué)，因為你們四年來不辭辛苦的教學(xué)，使我們掌握了一科又一科的電氣專業(yè)知識，這都是為我完成這篇論文的打下了堅實的基礎(chǔ)。還有我的舍友們，大學(xué)四年的相處，我們早已結(jié)下了深厚的情感，在這一多月里我們互相幫助，有問題互相討論，較好的完成了我們的畢業(yè)論文。大學(xué)時光接近尾聲，不久之后我們可能會各奔東西，不管身在何處我們的情誼不會改變。</p><p