论文总字数：17606字

目 录

引言： 1

1　国内外风力的发展概况 1

1.1　国内风力发电概况 1

1.2　国外风力发电概况 2

2　风电并网技术 2

2.1　风力发电并网运行的研究 2

2.2风力发电机组的能量转换 3

2.3风力机的并网控制方式 3

3　风电并网对电力系统的影响 4

3.1风力发电对电压的影响 4

3.2风力发电对短路电流的影响 5

3.3风电并网对电网的冲击 5

3.4风力发电并网对频率的影响 5

3.5风电并网对其他电厂的影响 6

4风力发电机组的介绍 6

4.1　风力发电机组的基本组成及特点 6

4.2　风力发电机的类型 6

4.2.1　恒速恒频风力发电机组 7

4.2.2　变速恒频发电机组 7

5　并网型风力发电机组的数学模型 7

5.1　风速模型 7

5.2　双馈型异步风力发电机的模型 8

5.2.1　双馈型异步风力发电机 8

5.2.2双馈型异步风力发电机的原理 9

5.2.3 　双馈型异步风电机的数学模型 11

6　风电并网对电力系统稳定的影响的仿真与分析 14

6.1 　MATLAB/SIMULINK软件的介绍 14

6.2　仿真系统描述 14

6.3　部分仿真参数设置 15

6.4　案例仿真内容及结果分析 17

6.4.1　风速变化对电力系统的影响 17

6.4.2　风速变化对风电场的影响 19

6.4.3　单相接地故障对风电场的影响 20

6.4.4　单相接地故障对电网电压的影响 21

7 　结论和展望 22

参考文献 23

致 谢 24

风电并网对电力系统的影响研究

周烽

，China

Abstract：This paper first introduces the research status of wind power and grid connection, and then introduces the influence of wind power grid on the voltage, short circuit current and power grid of the whole system. Finally, the model is established based on the wind turbine, and the simulation module is established by MATLAB / SIMULINK software. The influence of the wind speed and the wind farm on the single wind short circuit fault is discussed. The simulation results show that the wind farm is a 2MV double feed type asynchronous wind turbine. Under the interference of these two cases, the fluctuation of wind farm and power system voltage is very small, and can return to normal in a short time, so that the system can Stable operation.

Key words：Wind power grid;Matlab；simulation;

引言：

没有能源，人们也没法生存，人类社会的发展历史也伴随着人类逐步认识和利用能源的过程。社会在进步，科技也在进步，人们也越来越依赖于能源。

在1978年的时候，伊朗发生了战争，引起了石油产出总量的下跌，打破了石油的供求关系，以煤炭、石油作为主要燃料的国家，出现了能源短缺危机，加上环境的恶化和人们环保意识的不断加强，西方一些发达国家和地区联合建立了可再生能源研究机构，投入巨资来研究风力发电技术。试图通过对开发和利用风能、地热、生物质能等可再生新能源，来减小对常规能源的依赖，发展新能源已经成为能源可持续发展的战略之一。风能是可再生能源，能在自然界中免费获得，是可以替代化石能源发电的主力之一。况且风能储量资源相当的丰富，与常规发电相比较，它的发电成本算是低的。此外，随着人们对如何利用可再生能源的研究的加深，对风力发电技术的研究也日益加深，现如今可以很便利地依靠风能发电。对风能进行开发利用既可以优化能源结构，又不会污染环境，同时还能解决偏远地区居民用电等一系列问题。

大范围的风电并网会对电力系统稳定产生影响。使用MATLAB/SIMULINK来对其建立模型仿真，通过观察，在不同情况下，风电并网对电力系统的影响，以求寻找到妥善的解决方案。

1　国内外风力的发展概况

1.1　国内风力发电概况

中国的风能储量较为丰富，可以花大资本来发展风力发电。按照全国第三次风能资源普查成果显示，就单单我国在陆域上，理论上的储量有43.5亿千瓦，利用现有技术可开发利用地风能量有2.97亿千瓦。若是按风能能利用100年，一年能有效利用的小时数是2000小时，每千瓦时消耗350克煤用以替代火电来计算，陆域10米高度的风能可开辟量差不多相当于210亿吨标准煤。

我国风能比较集中的点主要有东南靠海的地方以及东北、西北、华北（“三北”）这几个丰富地区。除这些以外，内陆也有个体风能量丰富的，海上的风能储量也相当丰富。

我国从20世纪80年代开始才实行大规模风电并网，算是发展较晚的 ，“十五”期间，抓住一切机会发展，到“十一五”，井喷式发展。在1983年，我国才在山东建立第一个风电场。到2005年底，全国已经有65个风电场建成，风电装机容量达到1266MW,拥有1864台风电机组。同时以年均增长率105.9%增长，2010年的时候，已经达到了44733MW总装机容量。这时的中国的年新增装机居世界第一，累计装机容量也同时居世界第一。这些年发展风电，我国都已经规划好了7个千万千瓦级的风电基地，分布于留个省区，如图1所示。

图1.7大千万千瓦级风电基地分布图

1.2　国外风力发电概况

目前，风力发电技术愈加成熟，作为最具开发潜力的可再生新能源，也因此被誉为“绿色电力”。1973年，西方世界遭遇石油危机，诸多西方发达国家纷纷寻求能替换化石能源的新能源，在风力发电技术领域投入了巨资，并消耗大量人力来研究风能的应用。

风能是全球发展速率最快的，在1998年到2004年七年之间，年均增长率为30.46%。到2004年，全球已经达到了832万KW新增装机容量，在风电技术领域已经投入超过80亿欧元的本钱；到2004年底截止，仅靠风能发电量就已经占据了世界发电总量的0.5%。

美洲与欧洲是世界风力发电主力，每年新增加的装机容量几乎占全球的大部分。到2004年底，欧洲的装机容量已经达到了3460万KW，占据了全球72.7%的份额，就仅仅西班牙、德国和丹麦三个国家，差不多占了欧洲装机总量的84%。

德国是全球最会利用风能发电的。2004年的装机容量就达到惊人的1663万KW，依靠风能发电就满足了全国电力总需求的6.2%，占据欧洲的风力总发电量47.8%份额，是全世界的风力总发电量的33%以上。

西班牙在二十一世纪初实行变改后的风能立法，其年新增容量迅速上涨，名列世界第一，约占全球总量的六分之一，紧跟着德国。

美洲在2004年末依靠734万KW的总装机容量，占据了全球15.4%的份额，其中美国的总计装机容量占了全球14%的份额，差不多有674万KW，位居世界第三。

2　风电并网技术

2.1　风力发电并网运行的研究

世界上各国都有运行电场，总结他们的运行经验来看，很容易就发现风电场接入电网引起的问题主要有这么两方面，一是随着时间变化，风速的随机性和波动性会使得风电场随之出力，从而引发安全隐患；二是由系统过于薄弱影响到稳定性与电能的质量引起的问题。况且就电能的质量和其稳定性而言，风电场对系统电压的质量和稳定性的影响更为突出明显。主要是因为，受到风力资源不均匀分布的限制，风电场大都分布在靠海和偏远地区，在这些地区，由于种种限制因素和不足之处，在地区负荷性质的配电网中接入电网，就不能较好的抗击风电功率扰动，风电功率的任何波动变化都将会使局部电网的电压发生显著变化。同时异步发电机的动态特性和相互并联的电容器的影响，也将会使系统的电压面对更大的不稳定性。

分析如何恰当把风电场接入电力系统，是风电场规划设计与运行中的关键环节，是不可或缺的一部分，是的三大风电技术研究课题之一。此次我们把重心放在风力发电系统并网运行和电网之间的相互作用影响。着眼于研究风力发电场的并网运行对电网的稳定性的影响等诸多问题进行，同时追寻提高系统的安全稳定的措施。该如何对风力发电机组进行数学分析并建立相关模型，通过软件仿真得出结果分析，是本文的关键。

2.2风力发电机组的能量转换

风力发电机组还有另外一个叫法，被叫做风能转换系统，它的能量转换过程是：风能-gt;机械能-gt;电能。经典的并网型风电机组构造主要包括能量转换装置——发电机以及其它风机、起连接作用的传动机构——传动轴、齿轮箱、风能的吸收和转换装置——风力机（叶片、轮毂和其控制器）、运行控制系统、还有起支撑作用的塔架等。风力发电的流程是：自然风把转叶轮吹动，轮毂被带着一起动，先将风能转化为机械能，接着通过传动机将机械能传送至发电机的转子处，联动转子，使其跟着旋转，进而发电，把机械能转化成所需要的电能，最后风力发电场要实现并网，必须将电能通过地区变电站注入电网。

2.3风力机的并网控制方式

风力机的并网控制方式是一个浩大的工程，是整个控制系统的关键，它直接关系到风力发电机能否顺利地向电网传输送电，除此之外还要小心并网时的电流冲击，保护机组不受到影响。目前世界上采取异步发电机的风力发动机组主要有软并网、准同期并网、降压运行和整流逆变这么几种较为经典的并网方式。

目前风力发电机组大都采取的并网方式是软并网。若是异步发电机直接并入电网，冲击电流将会变成规定电流的６至８倍，在电网电压瞬时降落幅度较大时，电网电压降落，风力发电机会实行低电压保护动作，异步发电机有时会因此，并联不上电网。现如今多半采取可控硅来并网的方法，通过用可接触器来实行短路，减少直接并网时产生的冲击电流。由于可控硅的容量比较小，使并网较为平稳进行，不会出现电流冲击的情况。但利用可控硅来并网，也只适合用于并网过程，当风电机运行了，就不起作用。依照发电运行原则，碰到风速在可临界值邻近变化的情况，若是全部只依赖于靠旁路的主接触器和电网执行并网或解列操作，必定会出现接触器频繁吸合或断开的情况，这将不仅仅会对设备不利，同时也将对电网部分不利。在风速低于要启动的风速并保持了一段时间，风电机才和电网实行解列，达到降低接触器的投切频率的目的，只因为在这一段时间内，风电机一直处在电动机运行的状态，风电机会不断吸收电网的有功功率。

准同期并网的方式和同步发电机的准同步方式一样，在转速到达临界值的时候，对电容实行励磁，用以制造额定电压，从而逐步调节与校正已励磁产生的发电机电压与频率，让其同步于系统。这种并网方式，不但提高了机组的造价消耗，同时也将延长了整步到准同步并网所需要的时间。准同期并网在合闸瞬间产生很小的冲击电流，但还是得控制，运行在最大容许的转矩范围内，避免出现网上飞车的情况。

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