MATLAB风电场的电能质量问题研究(2)
4 风电并网动态仿真 19
4.1风电场启动时的动态仿真 19
4.2风速干扰对电网影响的动态分析 20
4.3负荷扰动下风机接入系统的动态仿真 20
4.4风电场出口处短路故障的动态仿真 22
4.5风机切机时的动态仿真 26
4.6低压穿越功能的探究 28
4.7安装静止无功补偿器的仿真 29
4.8仿真小结 30
结论 32
致谢 33
参考文献 34
1 绪论
随着全球经济的迅速发展和人类生活水平的日益提高，能源问题和环境问题已成为当今世界各国面临的重大问题。化石资源的有限性和对环境的危害性，已经日益成为威胁着人类社会的安全和发展，开发新能源和发展可再生能源，实现经济可持续发展，已成为人类社会的共识。
风能是一种可再生的自然资源，是太阳能的一种转化形式。太阳的辐射造成地球表面受热不均匀，引起大气层中压力分布不均匀，从而使空气沿水平方向运动，空气流动形成风能。据估计，地球上的风能理论蕴藏量约为2.74X109MW,可开发利用的风能为2X107MW,是地球水能的10倍，只要利用地球上的1%的风能就能满足全球能源的需要。
与其他常规能源相比，风力发电有其自己的特点:(1)风力发电是可再生的洁净能源建设周期短；(2)装机规模灵活；(3)可靠性高；(4)运行文护简单；(5)实际占地面积小；(6)发电方式多样化等[1]。
随着电力电子元件的性价比不断提高，变频恒频电机、双馈电机等新型发电机组开始在风机上推广应用，风电场可以像常规机组一样，承担电压及无功控制的任务，正逐渐成为新的研究热点。
1.1风力发电背景
1.1.1 风力发电的产生
风能发电是一种开发成本较低、清洁、安全、可再生的能源。因此，风能的开发利用越来越受到重视。根据贝兹理论，风力机从风中吸收的能量不到空气动能的59.3%，同时由于受到机械结构等限制，实际值更小。因此，如何提高风能转化效率，获取更多风能，实现风能规模化利用，一直为学者及业界所关注。近年来，大型风电机组通过采用变速变桨距控制及最大功率跟踪MPPT等技术，旨在提高响应速度，获得最大能量（低风速时捕获最大功率，高风速时捕获额定功率）。但是，由于一些不确定因素存在，风能转换系统表现出强非线性特征，风力机产生的能量随着风速和风向的连续波动时快速变化的。传统线性定常控制器因存在较大超调和损失，系统稳定性差，不适合用来控制大型变速变桨距风电机组。根据风速大小，风力发电系统由4个动态过程构成，即启动、变速运行、变桨距运行和刹车。其中，启动、刹车过程使系统能在最短时间内有较快的响应速度：变速运行调节风能，减少或消除风能产生过程中的急剧波动，捕获最大能量，减弱暂态负荷的影响；变桨距控制通过调节浆距角文持风电机组输出额定功率不变[2]。
1.1.2 全球风力发电的现状
从1997年到2005，全世界风电装机容量没三年翻一番。2005年，全世界风电装机容量增长了26%，使年底的风电装机容量达到约60GW。德国的装机容量最高，超过18GW;而丹麦的人均装机容量最高，丹麦西部的风电发电量约占消费电量的25%。有时，日德兰半岛的风电机组出力甚至与消费电量相当[3]。
推动这种快速发展的不仅有各种财政支持机制，还因为风电技术及其快速的成熟。发电量的提高一方面是由于可靠性得到了改善，另一发面也得益于大型风电机组的开发。规模化发展的经济性对效率的提高只能起适度的作用，而风电机组加大意着塔架更高，风轮能捕捉到更高风速。技术发展也伴随着成本的降低，而成本降低部分是由于规模化的经济性，部分是由于生产技术的改进。最后，风电的成功也因为人们越来越意识到风力资源，尤其是海上风力资源的重大价值，而且他的能源成本正在接近用常规燃料发电的成本。某些情况，风力发电的成本甚至低于常规燃料发电成本。