摘 要

伴随社会和经济的快速发展，能源与环境的问题越发的突出，现如今可再生能源的发展已经是世界各国的重点发展方向。在世界全部重视能源与环境问题的大环境下，一种可再生的绿色新能源，风能会得到广泛的发展也是必然的。在我国风力发电得到巨大发展的情况下，风力发电大规模接入对电力系统稳定性的影响也成了不得不重点关注和研究的问题。随着风机的装机容量不断增加，风力发电在电力系统中的渗透率与日俱增，所以电力系统能够稳定运行的要求也越来越高。所以本课题围绕着风电场接入电力系统后，进行在不同的风机装机容量下，即不同的风电渗透率时，不同电力系统在小干扰和暂态稳定下的稳定性研究。

本文首先介绍了风力发电的背景，以及国内外发展现状。同时介绍了如今在风电机组中广泛应用的双馈风力发电机组基本原理和相关知识，包括其中的气动系统模型、变桨距系统模型和传动系统模型，同时在Matlab/Simulink中建立双馈风力发电机组模型，并实现将风力发电机组并如四机两区电力系统模型中，对仿真研究电力系统的小干扰和暂态稳定的影响研究，尝试在不同风电渗透率下的稳定影响。小干扰通过在某个时间突然投入一定量的负荷进行研究，而暂态稳定性是通过在输电线路上分别设置单相短路、两相接地短路、两相短路和三相短路故障，并短时间内恢复进行暂态稳定性的研究，并仿真得出不同情况下的波形图，进行分析研究。

关键词：风力发电；电力系统；小干扰；暂态稳定

Abstract

With the rapid development of society and economy, the problems of energy and the environment have become increasingly prominent. Nowadays, the development of renewable energy has become a key development direction for countries in the world. In the environment where the world attaches great importance to energy and environmental issues, a renewable green new energy source, wind energy will be widely developed and inevitable. Under the situation that wind power generation in our country has been greatly developed, the impact of large-scale access of wind power generation on the stability of the power system has also become a problem that has to be focused and studied. With the continuous increase in the installed capacity of wind turbines, the penetration rate of wind power generation in the power system is increasing day by day, so the requirements for stable operation of the power system are also increasing. Therefore, after the wind farms are connected to the power system, the subject will study the stability of different power systems under small disturbances and transient stability under different wind turbine installed capacity, ie, different wind power penetration rates.

This article first introduced the background of wind power generation, and the development status at home and abroad. At the same time, the basic principles and related knowledge of doubly-fed wind generators widely used in wind turbines are introduced, including the aerodynamic model, variable pitch system model, and transmission system model. At the same time, double-fed wind power generation is established in Matlab/Simulink. The unit model and the realization of the wind power generation unit as a four-machine two-zone power system model, studied the impact of the simulation on the small disturbance and transient stability of the power system, and tried to stabilize the impact under different wind power penetration rates. Small disturbances are studied by suddenly investing a certain amount of load at a certain time. The transient stability is set by setting single-phase short-circuit, two-phase grounding short-circuit, two-phase short circuit and three-phase short-circuit fault on the transmission line, respectively. The study of transient stability was resumed in time, and the waveforms under different conditions were simulated and analyzed.

Key Words：wind power；Power Systems；Small disturbance；Transient stability

目 录

第1章 绪论 1

1.1 论文的研究背景及选题意义 1

1.2 国内外研究现状分析 1

1.2.1 国内外风力发电现状 1

1.2.2风电并网国内外研究现状 4

1.3 本文研究思路及内容 5

第2章 风电机组工作原理以及数学模型 7

2.1 风电机组概述 7

2.2 双馈风电机组数学模型 8

2.2.1 气动系统模型 8

2.2.2 变桨距系统模型 9

2.2.3 传动系统模型 10

2.3双馈异步发电系统的动态模型 11

2.3.1 双馈异步发电机模型 11

2.3.2 变频器模型 13

第3章 含双馈风电机组电力系统的建模 15

3.1 工具选择 15

3.2 四机两区域电力系统 16

3.3 含风电场的四机两区电力系统建模 16

3.3.1 双馈型风电场建模 16

3.3.2 含风电场的电力系统建模 20

第4章 仿真与分析 23

4.1 研究分析风机加入前后对电力系统的影响 23

4.2 变风速对电力系统稳定性的影响 24

4.3大规模风电接入对电力系统小干扰稳定性的影响 24

4.3.1 小干扰稳定分析 24

4.3.2 有无风电场对电力系统小干扰稳定影响分析 24

4.3.3 不同风电渗透率对电力系统小干扰稳定影响分析 26

4．4大规模风电接入对电力系统暂态稳定性的影响 29

4.4.1 暂态稳定分析 29

4.4.2不同容量风电场对电力系统暂态稳定性的影响 29

第5章 总结与展望 37

5.1 总结 37

5.2 展望 38

参考文献 38

致 谢 40

第1章 绪论

1.1 论文的研究背景及选题意义

能源需求随着人类社会的进步和发展日益增长，随之产生的能源与环境的问题也越来越突出，迫在眉睫去解决。因此，对于新能源和可再生能源的研究刻不容缓。当今世界各国关于发展新能源的政策是同样的，将其作为一项基本国策用于实现经济的持续发展。关于此，我国十分重视新能源产业的发展，在2010年时将其列为国家重点支持七大领域之中，目的为提高风力发电的技术水平，同时进行有序切规模化的发展风电产业。作为一种兼顾能源需求与环境问题的一种新能源，人们广泛关注于风能的发展和进步，因此快速地推进发展风电技术，从而使得风机的总装机容量大幅度增长，同时使得风力发电在电力系统中的渗透率大幅度增加，也带来了对电网正常稳定安全地运行的巨大挑战。对于我国来说，地理位置和其他某些因素大大的制约了风力资源的分布，风力资源丰富的地区大多是电网并不发达的地区，同时大多情况风力发电的发电量不能由当地所消耗，就需要并网传输，传输的同时也就带了更多问题，例如由于需要区域电网之间进行互联，也就会有低频振荡在区间和区内产生，低频振荡的出现使得电力系统长期运行在稳定与不稳定的边界。因为我国的风电场大多处于电网并不发达地区，使得大多数的风电场在于电网不发达地区和电网的末端，风力发电大规模接入电力系统也许会降低电能质量、影响系统暂态稳定性、使得传输线路过热和加大系统短路电流等很多的相关问题。同时，造成电能质量起伏不定的根本原因是在风能作为电源时由于风的确定性和随机性使得风电的难以调度。因为风具有不可预测性，所以风力发电也具有不可预测性，会影响电力系统的稳定运行。由于风能的随机性和间歇性以及在风电机组运行时为了稳定对于无功功率的需求，这些问题都会影响甚至危害电力系统的稳定正常运行；在风电机组运行时产生的电压波动和闪变的问题以及大功率电力电子装置的使用都会产生高次谐波。因此，为了能够控制对电力系统造成的影响，就需要对电网规模和电网所能承受风电功率进行预测和计算，这也就是当前对风电研究的主要问题之一。。随着风电在电力系统中的高渗透，风力发电大规模接入对电力系统稳定性的影响问题成为了当前亟待解决的主要问题。由此可知，对于风电并网，其中的风电与电网之间的问题还需要大力研究。

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 国内外风力发电现状

随着人们对于环境的越来越重视，全球范围内对可再生能源的重视也日益增高，而作为其中的重点，风力发电也是发展的尤为快速。风能发电是的实施，在生产电能的同时，通过减少二氧化碳的排放来进行对环境的保护，由此可以看出，风能的高速发展也是必然的。

我国960万平方公里的占地面积。毫无疑问的地大物博，尤其还拥有极长的海岸线，因此必然的我国的风能资源在世界也是名列前茅。关于此，同样可在在由我国气象局组织的第一次和第二次全国性风能资源普查的结果中可以看出我国的风能资源的丰厚。调查结果中表示出如今在我国陆地10m高度的理论上可以利用的风力资源储量达到GW和4350GW。同时，根据统计，可以得出我国陆上可开发利用的风电约为250GW，海上是陆地的三倍，也就是750GW，由此可以得出总量为1000GW的结论。在世界范围内，我国的风力发电事业开始的比较晚，尤其和欧美国家相比。事实上，从迈入21世纪开始，我国的风力发电事业进行了飞跃般的发展。我国国产风电设备在风电场的投放使用率从10%至90%这夸张的进步，其实是在从2004年到2010年就完成的。到2010年底，全球性统计的结果表明我国的风力发电累计装机容量可达44.733GW，完成了对美国的首次超越，同时位于世界首位。同时，在截止2013年底的统计结果中，表明我国累计的装机容量为91.423GW，由此可以得出新增风机容量已经达到16.1GW，，同时总装机容量约占全球的28.7%，处于世界第一位。由此可以看出，《可再生能源法》的颁布大大的刺激了我国的风电产业的迅速发展，其中可以看到，据国家发改委规划，将在2020年实现我国的风电装机总容量达到3000万千瓦的目标；同时实现2030年风电比例将达到总电能的15%。

图1.1.2006年至2016年中国新增和累计风电装机容量

图1.1所示是中我国从2006年至2016年十年的风电装机容量新增和累计量， 从图中可以看出从06年到10年新增量每年都在提高，10年以后，由于技术的稳定和发展，每年新增量基本大致稳定，并持续每年大量新增容量；同时可以看出，我国风电装机容量累计已达到一个很高水平。由2011年国家发改委能源研究所发布的《中国风电发展线路图2050》以及随后的《可再生能源发展“十二五”规划》可以看出在今后一个时期，我国的风电还必将保持快速增长的势头，在其中都肯定了风力发电的重要战略作用和地位在节能减排、改善坏境方面，同时也可以得到的结论是风电已经开始并将持续成为实现中国低碳能源战略目标的主力能源技术之一。

而在全世界范围内，从1997年开始，到2016年为止，在这短短二十年的时间中，全球新能源都得到了迅猛发展。其中风电装机容量从7.64GW开始，在二十年增长了60倍，达到了468.99GW。同时风电发电量也在1997年到2016年，从12TWh增长到 959.5TWh，风电发电量增长了79倍，由此可以得出风电已经成为重要的电力供应之一。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：