風(fēng)電場建模技術(shù)及應(yīng)用

前言

第1章緒論 1

1.1風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀和發(fā)展 1

1.2風(fēng)電場建模的研究現(xiàn)狀 2

1.2.1雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組模型 3

1.2.2風(fēng)電場尾流效應(yīng)模型 4

1.2.3風(fēng)電場模型 一6

參考文獻(xiàn) 一7

第2章雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組建模 10

2.1引言 -10

2.2風(fēng)力機(jī)建模 10

2.2.1風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)建模 10

2.2.2槳距角控制建模 11

2.3雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組軸系建模 11

2.4雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)建模 12

2.5變流器建模 13

2.5.1 電網(wǎng)側(cè)變流器建模 14

2.5.2轉(zhuǎn)子側(cè)變流器建模 l6

2.6小結(jié) 18

參考文獻(xiàn) 18

第3章風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 19

3.1引言 19

3.2風(fēng)電機(jī)組排列布置 19

3.2.1 風(fēng)電機(jī)組排列布置的基本原則 19

3.2.2風(fēng)電機(jī)組排列布置的方式 20

3.3風(fēng)電場電氣系統(tǒng)接線 20

3.4小結(jié) 23

參考文獻(xiàn) 23

第4章基于風(fēng)電場尾流效應(yīng)的風(fēng)電機(jī)組

分組方法 24

4.1引言 24

4.2常用尾流模型簡介 24

4.2.1無黏近場尾流模型 24

4.2.2簡化尾流模型 25

4.2.3 Jensen尾流模型 25

4.2.4 AV尾流模型 26

4.3計(jì)及風(fēng)電場風(fēng)向變化的尾流效應(yīng)

建模 29

4.3.1風(fēng)向確定時(shí)的尾流效應(yīng)建模 30

4.3.2風(fēng)向變化時(shí)的尾流效應(yīng)建模 31

4.4風(fēng)電機(jī)組分組方法 33

4.4.1計(jì)及風(fēng)速和風(fēng)向變化的風(fēng)電機(jī)組

分組方法 33

4.4.2風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速系數(shù)計(jì)算 33

4.4.3基于風(fēng)電場系數(shù)矩陣的風(fēng)電機(jī)組

分組方法 34

4.5仿真算例與結(jié)果分析 35

4.5.1算例系統(tǒng)介紹 35

4.5.2風(fēng)力機(jī)尾流影響邊界 36

4.5.3 風(fēng)速和風(fēng)向變化對風(fēng)力機(jī)輸入風(fēng)速

的影響 37

4.5.4計(jì)及風(fēng)速和風(fēng)向變化的風(fēng)電機(jī)組

分組結(jié)果 38

4.6小結(jié) 40

參考文獻(xiàn) 40

第5章計(jì)及風(fēng)速和風(fēng)向變化的風(fēng)電場

建模 -42

5.1引言 42

5.2確定風(fēng)向下的風(fēng)電場建模 42

5.2.1 確定風(fēng)向下的風(fēng)電場靜態(tài)建模 43

5.2.2確定風(fēng)向下的風(fēng)電場動態(tài)建模 47

5.3計(jì)及風(fēng)向變化的風(fēng)電場建模 49

5.4仿真算例與結(jié)果分析 49

5.4.1算例系統(tǒng)介紹 49

5.4.2風(fēng)電場等效模型的建立及合理性

驗(yàn)證 51

5.4.3尾流效應(yīng)對風(fēng)電場運(yùn)行特性的

影響 55

5.4.4饋線對風(fēng)電場運(yùn)行特性的影響 57

5.5小結(jié) 61

參考文獻(xiàn) 61

第6章風(fēng)電場的無功電壓控制 63

6.1引言 63

6.2風(fēng)電場的功率和電壓特性 63

6.2.1風(fēng)電場的有功功率 63

6.2.2風(fēng)電場的無功功率 64

6.2.3風(fēng)電場的電壓特性 67

6.2.4算例分析 68

6.3風(fēng)電場接入電網(wǎng)的無功電壓控制 72

6.3.1風(fēng)電場接入電網(wǎng)引起的無功電壓

問題及應(yīng)對措施 72

6.3.2風(fēng)電場接入電網(wǎng)的無功電壓控制

策略 73

6.4風(fēng)電場綜合控制系統(tǒng) 80

6.5小結(jié) 81

參考文獻(xiàn) 81

第7章風(fēng)電場對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的

影響 82

7.1引言 82

7.2雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組故障電流的特征 82

7.3風(fēng)電場對其主變壓器繼電保護(hù)的影響 83

7.3.1 風(fēng)電場主變壓器繼電保護(hù)配置 83

7.3.2故障電流頻率偏移對風(fēng)電場主變

壓器差動保護(hù)的影響 84

7.3.3算例介紹與仿真分析 86

7.4風(fēng)電場對其送出線路繼電保護(hù)的影響 89

7.4.1風(fēng)電場送出線路繼電保護(hù)配置 89

7.4.2風(fēng)電場送出線路故障時(shí)的電壓、

電流特性 89

7.4.3故障量對風(fēng)電場送出線路保護(hù)的

影響 90

7.4.4算例介紹與仿真分析 90

7.5小結(jié) 97

參考文獻(xiàn) 97

附錄 98

附錄A圖4-11中風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機(jī)組坐標(biāo) 98

附錄B圖5-7中220kV變電站負(fù)荷 98

附錄C雙饋風(fēng)電機(jī)組參數(shù) 99

附錄D直埋電纜和架空線的參數(shù) 99 2100433B

本書從研究風(fēng)電場運(yùn)行特性以及對電力系統(tǒng)影響的角度出發(fā)，計(jì)及風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機(jī)組排列布置、風(fēng)速和風(fēng)向等因素建立風(fēng)電場尾流模型，確定風(fēng)電機(jī)組分組方法，進(jìn)而建立考慮風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、風(fēng)速、風(fēng)向變化的風(fēng)電場等值模型，探索風(fēng)電場建模方法在風(fēng)電場并網(wǎng)研究中的應(yīng)用。全書分七章，內(nèi)容包括：緒論、雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組模型、風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基于風(fēng)電場尾流效應(yīng)的風(fēng)電機(jī)組分組方法、計(jì)及風(fēng)速風(fēng)向變化的風(fēng)電場建模、風(fēng)電場無功電壓控制、風(fēng)電場對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的影響。本書適合從事風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究的人員以及高等院校電氣工程相關(guān)專業(yè)的研究生閱讀和參考。

隨著大型并網(wǎng)風(fēng)電場容量和數(shù)量的增加，風(fēng)電場動態(tài)等效建模理論與方法已成為基礎(chǔ)性和應(yīng)用性研究課題。針對風(fēng)電場模型的不同應(yīng)用目的，本項(xiàng)目分別提出適用于功率控制的風(fēng)電場動態(tài)等效建模方法、適用于低電壓穿越能力分析和檢測的風(fēng)電場動態(tài)等效建模方法以及適用于功率平衡和頻率控制的風(fēng)電場動態(tài)等效建模方法。該研究以數(shù)學(xué)模型和等效建模方法的理論體系為基礎(chǔ)，以分群等效為技術(shù)路線，根據(jù)不同應(yīng)用給出相應(yīng)的分群原則和等效建模方法，并輔以仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。其技術(shù)關(guān)鍵是（1）提出一種解決常用等效建模方法出現(xiàn)無功功率誤差的方法和風(fēng)電場功率控制的等效模型；（2）找到一種能準(zhǔn)確判斷風(fēng)電場內(nèi)最易脫網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組的指標(biāo)；（3）建立適用于中長期過程分析的風(fēng)電機(jī)組簡化模型和常規(guī)發(fā)電機(jī)組模型，提出風(fēng)電場及風(fēng)電場群的等效建模方法。該研究將對風(fēng)電場入網(wǎng)分析與檢測、風(fēng)電場接入系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)在線動態(tài)安全分析等都具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

隨著大型并網(wǎng)風(fēng)電場容量和數(shù)量的增加，風(fēng)電場動態(tài)等值建模理論與方法已成為基礎(chǔ)性和應(yīng)用性研究課題。針對風(fēng)電場模型的不同應(yīng)用目的，需要給出相應(yīng)的風(fēng)電場等值建模方法。項(xiàng)目的主要工作如下：首先，針對風(fēng)速波動下定速機(jī)組風(fēng)電場，提出了一種變參數(shù)等值方法。利用該方法建立的風(fēng)電場模型可有效解決無功功率誤差問題；針對風(fēng)速波動下變速速機(jī)組風(fēng)電場，進(jìn)行了風(fēng)電場單機(jī)表征模型的適用性分析。同時(shí)深入探討了故障條件下雙饋機(jī)組風(fēng)電場的分群等值方法以及直驅(qū)永磁機(jī)組風(fēng)電場的單機(jī)表征等值方法。其次，提出了一種適用于低電壓穿越分析的風(fēng)電場等值方法，定義了風(fēng)電場最易脫網(wǎng)判斷指標(biāo)，對比了槳距角動作分群方法和Crowbar動作分群方法，結(jié)果表明Crowbar動作分群方法更適用于雙饋機(jī)組風(fēng)電場低電壓穿越能力的分析。再次，搭建了反映頻率調(diào)節(jié)的直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組控制模型，給出了適用于頻率分析的風(fēng)電場等值方法。結(jié)合吉林電網(wǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了切負(fù)荷條件下的等值方法驗(yàn)證。最后，為了提高變流器的容量，采用了變流器共母線并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，并對并聯(lián)時(shí)的環(huán)流問題進(jìn)行了研究。建立了環(huán)流的模型，分析了環(huán)流產(chǎn)生的機(jī)理和流通路徑，進(jìn)而提出了環(huán)流的控制策略。引入環(huán)流閉環(huán)，并對空間矢量調(diào)制技術(shù)做了改進(jìn)，通過占空比補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對環(huán)流的抑制。為了應(yīng)對電網(wǎng)電壓的跌落故障，要控制變流器提高機(jī)組的低電壓穿越能力。在分析了電網(wǎng)故障及其對機(jī)組影響的基礎(chǔ)上，提出控制策略緩解故障造成的功率不平衡和直流母線電壓波動。此外，由于電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，常規(guī)鎖相環(huán)會出現(xiàn)震蕩，因此對電網(wǎng)故障鎖相技術(shù)進(jìn)行了研究。在實(shí)驗(yàn)室的永磁直驅(qū)風(fēng)電平臺上驗(yàn)證了變流器并聯(lián)運(yùn)行控制策略的有效性。該策略也可應(yīng)用于大功率的風(fēng)電變流器。

本書將風(fēng)電場電氣技術(shù)作為一個(gè)整體，采用總分結(jié)構(gòu)，敘述了風(fēng)電場電氣技術(shù)發(fā)展至今各技術(shù)分支。全書分綜述、具體技術(shù)兩部分，共九章。第一部分為綜述，介紹了風(fēng)電場電氣主要技術(shù)發(fā)展歷程與基礎(chǔ)知識；第二部分詳細(xì)介紹了風(fēng)電場電氣系統(tǒng)及接線方式、風(fēng)電場防雷接地與電氣安全、風(fēng)電場配電裝置、風(fēng)電場電氣運(yùn)行技術(shù)、風(fēng)電場電氣設(shè)備檢修與維護(hù)、風(fēng)電場電能質(zhì)量等主流風(fēng)電場電氣技術(shù)及其他小眾或待發(fā)展的技術(shù)。本書涉及面廣，內(nèi)容翔實(shí)，針對各風(fēng)電場電氣技術(shù)，不僅闡釋其原理，還針對各技術(shù)特點(diǎn)劃定技術(shù)適用范圍，分析量測、評估指標(biāo)，并配以應(yīng)用實(shí)例，對生產(chǎn)實(shí)際有很大的指導(dǎo)意義，并為后續(xù)探索研究提供理論支撐。