MATLAB风电场的电能质量问题研究(3)
近年来，人们已经开发了一些海上风电场，更多海上风电场正在规划。尽管离海上风电成本通常要高于路上风电，但他资源丰富，很少收环境影响。
1.2风电场运行对电能质量的影响
电能质量反应了电网的电压波动、闪变和谐波[4][5]。
恒速并网风电机组一般采用直接并网运行方式，在发电机端配备无功补偿电容器组，以提供感应发电机在并网和运行时所需的激磁无功。以前国内风电场大多在电网的边缘，即在电网的薄弱点（短路容量较小的点）接入电网，风能的波动会引起风电机组吸收无功功率的变化。如果风电场容量较大，当系统电压降低时，无功补偿量下降。同时，由于起无功补偿作用的电容器组装设在发电机端，无功补偿量与接入点的电压的平方成正比。此时，风电场本身缺乏无功支持，导致风电场对电网的无功净需求两上升，进一步恶化电网的电压水平，造成电网电压崩溃，部分风电机组出现低压保护停机。停机后风电场有功输出减小，无功需求量也相应减少，系统因失去这部分无功负荷导致电压偏高。目前，变速并网发电机组能独立控制有功功率和无功功率，从而保持发电机端电压相对稳定，显著改善局部电网的电能质量。
另外，风速变化、湍流和风力机尾流效应造成的紊流会引起风力发电功率波动和风电机组频繁启停，风力机的杆塔遮蔽效应也会引起风电机组输出功率存在周期性脉动。功率的变化将使电网频率在一定的范围内波动，影响电网中频率敏感负荷的正常工作。风力发电功率的波动势必引起电压的变化，主要表现为电压波电压闪电压跌落及周期性电压脉动等。此外，如果风电机组中的电力电子控制装置设计不当，也会向电网注入谐波电流，引起电压波形发生畸变。
1.3本文研究背景和意义
我国目前的风电场较多地分布于距离电力主系统和负荷中心较远的岛屿上,与相对较为薄弱的电网相连接。由于风能的波动性和间歇性以及风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率是波动的,当风电机组并网运行时, 会给当地所在的电网带来较为重要的影响。近年来我国风力发电的装机容量迅速增长,风电场占电网容量比例的不断增加,风电场接入电网后给电网的电能质量带来的负面影响也会越来越大。另外,在电力市场环境下,综合的电能质量指标的优劣将作为按质定价的根据,用户对电能质量的要求越来越高。为此, 应建立一种有效的评定方法来对电能质量各项指标进行综合评定,给出电能质量的量化指标, 使当地电力部门能及时掌握接有风电场的电能质量的实际状况,并将明确的电能质量因素作为制定电价时的参考。同时, 及时向用户提供系统电能质量情况以提高电力市场运营的透明度。这对于电力部门树立良好的企业形象以及发挥广大用户消费的积极性和主动性都是大有裨益的。
1.4本论文研究的主要内容
本文基于MATLAB中的风力模型，搭建基本风电并网模型，进行仿真分析，对风电场并网分析是基于以一双馈异步发电机为核心的变速恒频发电系统，重点考察风机并网过程中的电压波动问题。
本文首先介绍用于仿真分析的双馈异步风发电系统数学模型，包括风力发电机组的风力机、传动机构及双馈感应电机模型，还有作为原动力的风速模型。
然后介绍了风电发电机并入系统的方式以及风电场并网运行引起的闪变机理。
根据前面介绍的基础知识，应用MATLAB/simulink软件，实现了双馈感应风力发电机组成的风电场并入系统的动态仿真。仿真分析了风电场在启动、风速扰动、负荷扰动、风电场出口处短路、风电机切机情况下系统个关键点的电压波动。另外，对风力发电机的低压穿越功能以及安装静止无功补偿器等问题做了仿真分析。