适用于系统分析的风电与光伏降阶模型研究

【摘要】：随着风力发电与光伏发电装机容量的不断增大,新能源并网研究成为当前关注的热点,而开发适合系统分析用风电和光伏模型是开展这些研究的基础和关键。因此,本文对风电模型降阶方法、标准化模型、模型衍变机理、光伏降阶模型及光伏接入系统分析进行了深入研究。本文首先系统地论述了双馈风电机组模型的降阶方法,主要针对发电机、变流器模型进行降阶,对于发电机模型,详细分析了由电磁全阶模型到电磁简化模型最后到机电暂态模型的衍变过程。通过机理建模的方法,针对风电模型中动态响应最快、计算最耗时的发电机和变流器部分进行重点分析,忽略发电机定子磁链暂态过程、逆变器开关动作和逆变器内环控制等快速动态过程的影响,对关键部分进行了降阶处理,通过详细的理论推导,得到适用于系统分析的双馈风电机组通用降阶模型。最后,在风速扰动和电网故障两种情况下将降阶模型与电磁全阶模型进行仿真对比。跟踪了国际化学术组织对风电模型的研究进展,分析了通用型风电模型的发展与衍变,对WECC第一版、WECC第二版和IEC三种风电标准化模型进行了详细比较,包括模型的主要结构差异与参数对应关系。并对三种标准化模型进行对比分析。对于光伏模型降阶,通过详细的理论推导,简化光伏电磁模型中较为耗时的元件——逆变器,将其简化为一阶惯性环节,此外考虑其控制特性,基于注入功率法建立了适用于系统分析的光伏降阶模型,包括光伏电池模块、逆变器控制模块、MPPT控制模块、并网模块和保护模块,并给出了光伏发电系统各个模块之间的变量传递关系。通过光伏电站接入实际电网验证了所建的光伏降阶模型的正确性。 【关键词】：风电 双馈 光伏 降阶模型 系统分析
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM61
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9-12
• 1.1.1 风电与光伏发展现状及趋势9-11
• 1.1.2 风电与光伏模型存在问题11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 风电降阶模型研究现状12-13
• 1.2.2 光伏降阶模型研究现状13-14
• 1.3 本文的主要工作14-15
• 第2章 风电与光伏全阶模型15-28
• 2.1 风电全阶模型15-25
• 2.1.1 空气动力学模型15-16
• 2.1.2 轴系模型16-18
• 2.1.3 发电机模型18-20
• 2.1.4 变流器模型20-21
• 2.1.5 控制模型21-25
• 2.2 光伏全阶模型25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 风电模型降阶理论与方法28-46
• 3.1 风电模型主要环节的降阶思路28-33
• 3.1.1 发电机模型28-29
• 3.1.2 轴系模型29-30
• 3.1.3 变流器及其控制模型30-32
• 3.1.4 风力机控制模型32-33
• 3.2 双馈风电模型降阶机理和衍变过程分析33-41
• 3.2.1 发电机和变流器模型降阶33-40
• 3.2.2 风力机控制部分模型40
• 3.2.3 完整的双馈风电机组降阶模型40-41
• 3.3 仿真验证41-45
• 3.3.1 阶跃风速下仿真对比42-43
• 3.3.2 电网故障下的仿真43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 三种国际化标准风电模型对比46-64
• 4.1 风电模型通用化概述46-47
• 4.2 标准化模型发展与对比47-63
• 4.2.1 WECC第一版风机模型47-50
• 4.2.2 WECC第二版风机模型50-56
• 4.2.3 IEC风机模型56-61
• 4.2.4 三类模型的对比总结61-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第5章 光伏降阶模型64-75
• 5.1 模型降阶原理64-67
• 5.1.1 总体结构64
• 5.1.2 各模块原理64-67
• 5.2 光伏电站接入实际电网分析67-74
• 5.2.1 日照扰动情况下的暂态稳定分析67-70
• 5.2.2 电网故障情况下的暂态稳定分析70-74
• 5.3 本章小结74-75
• 第6章 结论及展望75-77
• 6.1 论文工作总结75
• 6.2 后续工作展望75-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果81-82
• 致谢82

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