異步風力發電機的并網研究

論文編號:ZD1413  論文字數:12054,頁數:47

論文題目：異步風力發電機的并網研究
摘  要
 作為可再生能源的風力資源以其蘊量巨大；可以再生；分布廣泛；沒有污染等優勢而在各國發展迅速。雖然風能資源還有密度低，不穩定，地區差異大等缺點，但是仍然不能阻擋它快速發展的強勁勢頭。大中型風力發電機組聯網發電是當前世界范圍內風能利用的主要形式。目前風力發電已成為技術最成熟、最具商業化前景的新型發電方式之一，而且商品化的兆瓦級風力發電機組已成為新建風電場的主力機型。
 由于異步發電機對并網要求低，控制和保護比較簡單，并網運行穩定，因此采用異步發電機的風力發電機組是國內外商品化的風力發電機組所采取的主要技術方案。但異步發電機直接并入電網時，其沖擊電流會達到其額定電流的6～8倍，甚至10倍以上，該沖擊電流會對電網、葉輪以及發電機本身造成嚴重的沖擊，甚至會影響其它聯網機組的正常運行。另外，并網沖擊電流也會對電機接觸器、主空氣開關等開關設備造成較強的沖擊。因此，限制發電機并網時引起的沖擊電流成為風力發電控制系統的關鍵技術之一。
 目前風力發電機組普遍采用軟并網技術，用于限制異步發電機并網時的瞬態沖擊電流。軟并網系統運用大功率晶閘管進行限流，在機組電動啟動或并網過程中控制系統根據收到命令情況和相應傳感器的信號對并網過程進行控制，并網結束后旁路晶閘管支路短接，并網過程結束。
 前人在軟并網這方面作了大量的工作，探討了利用何種并網方式能有效的解決并網時產生的沖擊電流對發電機和電網的影響的問題，研究了利用軟并網來限制沖擊電流幅值的效果如何以及分析了用晶閘管進行軟并網時晶閘管如何控制等問題。但由于風力發電機組并網過程是一個非常復雜的非線性過程，另外，軟并網裝置對晶閘管的要求非常嚴格，這在技術上是一個很大的難題。目前仍待解決的問題是用何種并網方式可既簡單又方便地把并網時的沖擊電流限制在允許的限度內，另外，若利用晶閘管進行軟并網，怎樣才能做到每只晶閘管的特性完全一致以及在并網過程中如何控制晶閘管才能更好地達到限制沖擊電流的目的。
 本論文針對上述問題，首先對風力發電的一般原理進行了解，建立了軟啟動數學模型、軟并網系統仿真模型及相應的控制系統仿真模型，在PSCAD/EMTDC環境下對風力發電機組直接并網和軟并網過程進行了仿真模擬實驗，并對仿真結果進行了分析和研究。
 本論文所建立的風力發電機組直接并網仿真模型和軟并網仿真仿真模型，可直觀的分析風力發電機組直接并網和軟并網過程并進行比較，通過對仿真結果的分析和研究得出通過利用晶閘管進行軟并網可把并網時產生的沖擊電流限制在允許的范圍內，確保了發電機組和電網的正常運行。另外，通過對發電機軟并網裝置中晶閘管控制電路的觸發規律與發電機并網轉速之間的關系進行仿真和分析，可得出晶閘管控制電路的好壞也直接關系著沖擊電流的幅值大小。以上這些結論為限制并網時的沖擊電流對電網和發電機的影響提供了一些參考。
 
 關 鍵 詞：異步；風力；發電機；軟并網；晶閘管；仿真；軟件
 
 論文類型：應用研究
 
目  錄
1 緒 論 1
1.1 風能開發與風力發電 1
1.2 風力發電的基本原理 1
1.2.1 現代風力發電機簡介 1
1.3 風力發電的特點 2
2 異步風力發電機的并網 3
2.1 異步發電機的基本原理 3
2.1.1 異步發電機的基本原理簡介 3
2.1.2 發電機的啟動 3
2.2 異步風力發電機的并網方法 4
2.2.1 直接并網 4
2.2.2 降壓并網 4
2.2.3 通過晶閘管軟并網 5
2.3 軟并網系統 5
2.3.1 軟并網控制系統的必要性 5
2.3.2 軟并網系統的結構組成 5
2.3.3 軟并網系統的基本工作原理 6
2.3.4 軟并網的步驟 7
2.3.5 晶閘管用于風力發電機組軟并網裝置的優點 7
2.3.6 晶閘管軟并網存在的問題 7
3 軟并網系統模型的建立 9
3.1 軟啟動器模型的建立 9
3.1.1 雙相晶閘管模型的建立 9
3.1.2 軟啟動仿真模型的建立 9
3.2 晶閘管控制電路仿真模型的建立 11
3.2.1 晶閘管單相控制電路仿真模型的建立 11
3.2.2 晶閘管三相控制電路仿真模型的建立 12
4 異步風力發電機的軟并網仿真 15
4.1 風力發電機直接并網仿真 15
4.1.1 直接并網仿真模型的建立 15
4.1.2 風速為7m/s時，發電機直接并網仿真 15
4.2 風力發電機組直接并網仿真分析 20
4.2.1 直接并網仿真波形的分析 20
4.2.2 異步發電機啟動的相關理論的驗證 20
4.3 風力發電機組軟并網仿真 21
4.3.1 軟并網仿真模型的建力 21
4.3.2 風速為7m/s，軟并網仿真 22
4.3.3 風速為10m/s時，軟并網仿真 27
4.3.4 風速為12m/s，軟并網仿真 32
4.3.5 風速為20m/s時,軟并網仿真 33
4.4 風力發電機組軟并網仿真分析 36
4.4.1 仿真波形的分析 36
5 結  論 39
參考文獻 41
致  謝 43