第 1 章 緒論

1.1 分散式風(fēng)電的發(fā)展
隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展引發(fā)的能源危機(jī)以及氣候變暖和環(huán)境污染問題,開發(fā)綠色環(huán)保的可再生能源成為世界各國的持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略�？萍嫉倪M(jìn)步促使風(fēng)電設(shè)備的成本不斷降低,機(jī)組單機(jī)容量不斷增加,風(fēng)電機(jī)組的工藝水平和控制技術(shù)得到了不斷的改善。在此背景下,我國風(fēng)電裝機(jī)容量迅速增加,大型風(fēng)電場并網(wǎng)等級不斷提高,大型風(fēng)電基地并入超高壓輸電網(wǎng)成為風(fēng)電的主流并網(wǎng)形式,風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展為推動國家清潔能源戰(zhàn)略和節(jié)能減排戰(zhàn)略發(fā)揮了積極的作用。2001～2013年中國新增及累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量如圖 1.1 所示[2]。隨著我國風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的擴(kuò)大,特別是局部地區(qū)風(fēng)電滲透率的增大,大規(guī)模集中式風(fēng)電開發(fā)所帶來的風(fēng)電送出和電網(wǎng)安全等問題日益嚴(yán)重,局部地區(qū)風(fēng)電棄電問題日益凸顯。2013年我國“棄風(fēng)”電量達(dá)到16.2TWh ,全國各省份2013年的風(fēng)電棄電比例如圖 1.2 所示[3]。從圖 1.2 可以看出,我國的內(nèi)蒙、甘肅和河北以及東北等風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模比較發(fā)達(dá)的地區(qū),“棄風(fēng)限電”現(xiàn)象很嚴(yán)重,這種狀況不僅影響風(fēng)電開發(fā)商的投資收益,而且影響我國的風(fēng)電開發(fā)進(jìn)度。在風(fēng)電送出問題與并網(wǎng)問題的限制下,我國風(fēng)電新增裝機(jī)速度和大風(fēng)電基地開發(fā)建設(shè)速度有所放緩。在此背景下,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)而并網(wǎng)條件好的低風(fēng)區(qū)風(fēng)能資源的開發(fā)利用越來越受到關(guān)注,國內(nèi)許多風(fēng)電機(jī)組研發(fā)設(shè)計(jì)企業(yè)已研制出適應(yīng)低風(fēng)區(qū)風(fēng)電開發(fā)的低風(fēng)速小型化風(fēng)電機(jī)組,使得年平均風(fēng)速處于6m/s以下地區(qū)的風(fēng)資源開發(fā)具備了較好的可開發(fā)潛力。因此因地制宜地在風(fēng)能資源不很理想但靠近用電負(fù)荷的地區(qū)開發(fā)地理位置比較分散的低風(fēng)速風(fēng)電場將大有作為,將風(fēng)電就近接入附近配電網(wǎng)的分散式風(fēng)電場(dispersed wind farm,DWF)已成為我國當(dāng)前風(fēng)電并網(wǎng)的新方式。
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1.2 發(fā)展分散式風(fēng)電的意義
分散式風(fēng)電項(xiàng)目的開發(fā)不僅解決了風(fēng)電消納問題,而且使得風(fēng)電的開發(fā)模式和并網(wǎng)方式更加靈活,項(xiàng)目開發(fā)可以充分利用地區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)有的設(shè)備和輸配電網(wǎng)絡(luò),加快項(xiàng)目并網(wǎng)速度與電網(wǎng)設(shè)備的利用效率,同時(shí)為當(dāng)?shù)嘏渚W(wǎng)提供一定的電源支撐。分散式風(fēng)電相比規(guī)�；虚_發(fā),雖然單位容量的開發(fā)成本相對較大,但是分散式風(fēng)電選址靈活,投資較小,且開發(fā)建設(shè)以及并網(wǎng)發(fā)電速度快,能夠很快投入使用,從而使得投資很快得到回報(bào)。分散式項(xiàng)目建成后可以有效解決風(fēng)電的消納問題,解決集中規(guī)模化風(fēng)電的棄風(fēng)限電問題,減少風(fēng)電大規(guī)模輸電中的網(wǎng)絡(luò)損耗以及輸電走廊的壓力,減少電網(wǎng)建設(shè)的成本。綜合考慮,分散式風(fēng)電的效益還是比較客觀,值得開發(fā)。偏邊遠(yuǎn)地區(qū)由于遠(yuǎn)離大電網(wǎng),所以其與大電網(wǎng)的連接相對薄弱,因此我國農(nóng)村等偏遠(yuǎn)山區(qū)的電能質(zhì)量比較差,而且電力需求得不到有效的供應(yīng),常出現(xiàn)停電限電的現(xiàn)象。分散式風(fēng)電接入偏遠(yuǎn)山區(qū)的配電網(wǎng),不緊有利于提高當(dāng)?shù)氐碾妷?而且可以使得當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)資源得到有效的利用,帶動地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
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第 2 章 基于雙饋機(jī)組的分散式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

2.1 引言
分散式風(fēng)電一般位于用戶附近,就近接入配電網(wǎng),一個(gè)項(xiàng)目的裝機(jī)容量一般小于30MW,單個(gè)分散點(diǎn)的裝機(jī)容量一般小于 6MW,因此分散式風(fēng)電一般多點(diǎn)接入配電網(wǎng)。由于分散式風(fēng)電選址考慮用電負(fù)荷、配電線路等因素的影響,所以其對風(fēng)資源要求有所降低,因此分散式風(fēng)電中風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量相對較小,以便分散式風(fēng)電的靈活接入。目前,具有良好有功無功解耦控制特性的雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(DFIG)已成為當(dāng)前風(fēng)電的主流機(jī)型,因此本文以雙饋機(jī)組為基礎(chǔ)研究分散式風(fēng)電接入配電網(wǎng)時(shí)的機(jī)組無功特性。
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2.2 雙饋風(fēng)電機(jī)組模型
雙饋風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)由三相定子繞組和三相轉(zhuǎn)子繞組組成,定子繞組直接與電網(wǎng)相連,轉(zhuǎn)子側(cè)則通過背靠背整流逆變電路與電網(wǎng)連接,根據(jù)風(fēng)速的不同,可將其分為次同步、同步和超同步三種運(yùn)行狀態(tài)[38],其結(jié)構(gòu)如圖 2.1。雙饋風(fēng)電機(jī)組由背靠背變流器為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組提供勵磁電流,從而建立用于勵磁的旋轉(zhuǎn)磁場。通過對變流器的電流進(jìn)行解耦從而控制流入三相轉(zhuǎn)子繞組的電流,從而對發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率、無功功率進(jìn)行獨(dú)立的控制。當(dāng)風(fēng)速為額定風(fēng)速時(shí),其處于同步運(yùn)行狀態(tài);當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速與低于額定風(fēng)速時(shí)其分別運(yùn)行于超同步和亞同步運(yùn)行狀態(tài),處于超同步運(yùn)行狀態(tài)的雙饋機(jī)組轉(zhuǎn)子向電網(wǎng)饋入有功功率,而處于亞同步運(yùn)行狀態(tài)的雙饋機(jī)組變流器則從電網(wǎng)吸收有功功率,同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)則即不從電網(wǎng)吸收有功,也不向電網(wǎng)饋入有功。雙饋機(jī)組的變流器可實(shí)現(xiàn)良好的有功無功解耦控制,因此可為電網(wǎng)提供一定的無功支持。
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第 3 章 分散式風(fēng)電接入配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性分析..........13
3.1 配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性 ............ 13
3.1.1 配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性指標(biāo)...... 13
3.1.2 靜態(tài)電壓裕度變化量指標(biāo)...... 16
3.2 分散式風(fēng)電接入配電網(wǎng)的理論分析 ...... 16
3.2.1 配網(wǎng)未接入分散式風(fēng)電.......... 17
3.2.2 分散式風(fēng)電單點(diǎn)接入配電網(wǎng)........... 18
3.2.3 分散式風(fēng)電多點(diǎn)接入配電網(wǎng)........... 20
3.3 分散式風(fēng)電接入對配網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓穩(wěn)定性影響分析 ......... 21
3.4 分散式風(fēng)電對配電網(wǎng)暫態(tài)電壓的影響........... 24
3.5 本章小結(jié)...... 27
第 4 章 基于接入點(diǎn)電壓穩(wěn)定的分散式風(fēng)電無功電壓協(xié)調(diào)控制........ 29
4.1 引言.... 29
4.2 分散式風(fēng)電無功電壓協(xié)調(diào)控制策略...... 29
4.2.1 策略概述 ...... 29
4.2.2 基于遺傳算法的電容器組控制策略 ....... 31
4.3 分散式風(fēng)電場并網(wǎng)仿真分析......... 33
4.4 本章小結(jié)..... 36
第 5 章 結(jié)論與展望........ 37
5.1 總結(jié).... 37
5.2 展望.... 37

第 4 章 基于接入點(diǎn)電壓穩(wěn)定的分散式風(fēng)電無功電壓協(xié)調(diào)控制

4.1 引言

大型風(fēng)電場在接入電網(wǎng)時(shí),為了使其接入電網(wǎng)時(shí)滿足電網(wǎng)的并網(wǎng)規(guī)范,一般要在集中升壓站的低壓側(cè)母線上安裝一定容量的無功補(bǔ)償設(shè)備。分散式風(fēng)電由于多點(diǎn)接入配電網(wǎng),無集中升壓站,各個(gè)分散點(diǎn)裝機(jī)容量較小且位置分散,裝設(shè)大型集中的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置不僅增加了分散式風(fēng)電的成本,而且無法兼顧各個(gè)接入點(diǎn)的電壓要求。因此在以 DFIG 為主的分散式風(fēng)電場,可以在各個(gè)分散點(diǎn)的 POI 裝設(shè)一定容量的可投切并聯(lián)電容器組,同時(shí)利用各分散點(diǎn)內(nèi)雙饋機(jī)組自身的動態(tài)無功調(diào)控能力對分散式風(fēng)電各 POI 的無功電壓控制。利用分散式風(fēng)電場的集中控制中心綜合控制分散式風(fēng)電場中各 POI 上的并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置與風(fēng)電機(jī)組的無功出力,實(shí)現(xiàn)整個(gè)分散式風(fēng)電場中各個(gè)分散點(diǎn)上并聯(lián)無功補(bǔ)償設(shè)備與風(fēng)電機(jī)組的無功協(xié)調(diào)控制,以保證各 POI 的電壓質(zhì)量符合配電網(wǎng)的要求。鑒于分散式風(fēng)電場風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)可以對整個(gè)分散式風(fēng)電場和每個(gè)接入點(diǎn) 0～72h 短期風(fēng)電功率以及 0～ 4 h超短期風(fēng)電功率進(jìn)行預(yù)測。因此本文可根據(jù)分散式風(fēng)電分散接入配網(wǎng)的特點(diǎn),以各分散點(diǎn)的接入點(diǎn)電壓偏差最小為目標(biāo),根據(jù)配網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測與風(fēng)電功率預(yù)測數(shù)據(jù),在保留風(fēng)電機(jī)組無功裕度的基礎(chǔ)上對各接入點(diǎn)的可投切電容進(jìn)行優(yōu)化配置。然后通過各接入點(diǎn)上風(fēng)電機(jī)組自身無功控制各自 POI 點(diǎn)電壓穩(wěn)定。本文基于配網(wǎng)模型、分散式風(fēng)功率預(yù)測和配網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測,運(yùn)用遺傳算法對并聯(lián)電容電抗的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)先設(shè)定,并通過 PSASP 搭建整個(gè)分散式風(fēng)電接入配網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模型。

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結(jié)論

分散式風(fēng)電接入配網(wǎng),給配網(wǎng)的安全穩(wěn)定帶來挑戰(zhàn)。本文通過對分散式風(fēng)電場各POI 上裝設(shè)的靜態(tài)無功設(shè)備進(jìn)行預(yù)先的投切控制,協(xié)調(diào)各分散點(diǎn)內(nèi)機(jī)組無功實(shí)時(shí)控制各接入點(diǎn)電壓,通過對分散式風(fēng)電對配電網(wǎng)電壓影響的仿真分析,研究多接入點(diǎn)分散式風(fēng)電場在風(fēng)速波動和不同工況下風(fēng)電接入點(diǎn)電壓的波動情況,得到的主要結(jié)論如下:
(1)分散式風(fēng)電場接入點(diǎn)位于配電網(wǎng)的末端時(shí),風(fēng)電接入對配網(wǎng)的影響較大。當(dāng)接入點(diǎn)上風(fēng)電場風(fēng)電增加到一定容量時(shí),會導(dǎo)致接入點(diǎn)電壓升高,降低其靜態(tài)電壓穩(wěn)定性。
(2)當(dāng)接入點(diǎn)處于配電網(wǎng)的中心位置時(shí),風(fēng)電接入對其接入點(diǎn)電壓影響較小,因此單個(gè)接入點(diǎn)的接入容量相對較大。風(fēng)電出力波動對其接入點(diǎn)的影響較小。
(3)分散式風(fēng)電多點(diǎn)接入配網(wǎng),通過對并聯(lián)電容電抗與分散式風(fēng)電場在多時(shí)間尺度協(xié)調(diào)控制可增加配網(wǎng)接入風(fēng)電的容量,同時(shí)能為配網(wǎng)提供電壓支撐,均衡各接入點(diǎn)的無功裕度,增強(qiáng)整個(gè)配網(wǎng)系統(tǒng)中分散式風(fēng)電各接入點(diǎn)的綜合電壓穩(wěn)定性。
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參考文獻(xiàn)(略)

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本文編號：37762