论文总字数：27422字

摘 要

16012324 李铭远

指导教师 王玉荣

随着电力系统对于风电越来越多的引入，因为风电发电不稳定，在低电压时容易脱网，造成电力系统的不稳定情况加重。所以在有风力发电机时要考虑风力发电机的低电压穿越能力，使风力发电机在低电压下不会脱离电网。根据电网导则，风力发电机的低电压穿越定量的给出了脱网的条件（最低电压跌落深度和跌落持续时间），只有当风力发电机的并网点的电压跌落低于规定时才允许风力发电机脱网，当陷入低电压部分时，就由风力发电机和SVC提供无功补偿，为了达成在低电压出现时向系统传递无功提升电压的目的，要给电力系统装设SVC补偿装置。为了达成以上的设计目的，本文建立一个电力系统的包含微分-代数方程约束的无功优化模型，在电力系统模型中装设风力发电机，检测电网与风力发电机各个节点的电压，寻找该系统的电压薄弱环节，为薄弱环节输入无功，保证风力发电机能在系统故障状况下完成低电压穿越，并且对系统装设的SVC补偿的容量进行优化，确保在最优化的情况下，能使无功补偿达成满足含风电场系统低电压穿越的需求。

关键词：风力发电机，低电压穿越，时域仿真分析，无功补偿及优化，动态电压稳定约束

Abstract

With the wind power system for the introduction of more and more, because of the wind power generation is unstable, easy to take off at a low voltage network, resulting in instability of the power system worse.So when there is a wind turbine to be considered a low-voltage ride-through capability of wind turbines, so that wind turbines at low voltages without departing from the grid.According grid codes, low-voltage wind turbine gives off through quantitative network conditions (minimum voltage drop depth and duration of fall),Only when the wind generator and the voltage drops below the specified outlets allow off-grid wind turbines, when caught in a low-voltage part,It is provided by wind turbines and svc reactive power compensation, in order to achieve transfer of reactive voltage boost to the purpose of the system at low voltage appears, give the power system installations svc compensation device.In order to achieve the above purpose design, we have created a simple model of a power system, the installation of wind turbines in a simple power system model, each node voltage detection grid and wind generators, looking for weaknesses in the system voltage, the weak link reactive power input to ensure that wind turbines can be completed through the low voltage fault condition in the system, and the installation of the system's capacity is optimally compensated svc, ensure that in optimal conditions, reactive power compensation allows to reach a low voltage across the system to meet It needs.

Keywords: wind turbines, low voltage ride through, time domain simulation, optimization and reactive power compensation, dynamic voltage stability constraints

目 录

摘 要 II

Abstract III

第一章 绪 论 1

1.1风电场低电压穿越及无功补偿的背景和意义 1

1.2风电的发展历史及其并网对系统稳定性的影响 2

1.2.1风力发电的发展历史 2

1.2.2风电并网对电力系统网络稳定性的影响 3

1.3风电场低电压穿越及无功补偿研究的现状 3

1.3.1电网导则的具体要求 3

1.3.2对风电场无功补偿的实现 4

1.4本文的主要工作 4

第二章 含风电场的电力系统无功补偿原理和数学模型 6

2.1无功补偿的理论和基础 6

2.1.1 无功优化数学模型目标函数 6

2.1.2.无功优化数学模型约束条件 6

2.2考虑电力系统动态特性的无功补偿 7

2.2.1含微分代数方程的优化模型 7

2.2.2考虑电力系统动态特性的电压稳定要求 8

2.2.3隐式梯形积分法 9

2.3含风电场的电力系统无功补偿 10

2.3.1低电压穿越约束分析 10

2.4 本章小结 11

第三章 含风电场电力系统的暂态过程时域仿真分析 12

3.1发电机组及励磁系统数学模型 12

3.1.1实用模型的推导意义 12

3.1.2三阶实用模型 12

3.1.3等效实用变量的引入 13

3.1.4发电机三阶模型 13

3.2风电机组的数学模型 14

3.2.1风电机的等效模型 14

3.3电力系统时域仿真方法分析 17

3.4算例分析 18

3.5本章小结 23

第四章 考虑低电压穿越约束的无功优化 24

4.1无功补偿选点分析 24

4.1.1新增无功补偿设备的选点方法 24

4.1.2采用SVC作为新增无功补偿设备的选点方法 24

4.2考虑低电压穿越约束的无功优化模型 25

4.2.1低电压约束条件的建立 25

4.2.2无功优化模型的建立 26

4.3算例分析 27

4.4本章小结 28

第五章 总结与展望 29

5.1小结 29

5.2展望 29

致谢 30

参考文献 31

第一章 绪 论

1.1风电场低电压穿越及无功补偿的背景和意义

风电场低电压穿越（Low voltage ride through，LVRT），是指在风力发电机并网点的电压突然出现降低时，风力发电机可以通过自己向电力系统提供无功或依靠系统中的其他原件提供无功，保持自身的电压水平，不至电机自身因为电压的降低导致与系统脱离，甚至可以向系统提供一定水平的无功，帮助系统恢复平衡^[1]，度过低电压的区域。从发生一次电压跌落，直到风电场最终能保持一定的电压水平稳定运行，本文便称为完成了一次低电压穿越，能达成此过程的风力发电机视为拥有合格的低电压穿越能力^[2]。

随着科学技术的不断发展，能源供给问题越来越突出，而随着本文国家工业化的发展，对自然环境的保护就成为了发展过程中一个重要的问题，所以各大能源系统都在考虑使用新型的清洁能源。在各种的清洁能源发电中，水电、风电、核电是最为主要的发电手段，其中风力发电作为可再生清洁能源的重要组成部分，自然引起了电力系统的广泛关注。

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