考虑3D海底环境的风电场集电系统

摘要

风能是目前国内外应用较为广泛的一种绿色可再生能源，近几年我国风电产业的发展十分迅速。然后，越来越多的风力发电系统建并网，风力发电产生的电能受外界因素影响较大，具有一定的随机性和波动性，给并网后的电力系统稳定性带了巨大的影响。然后建立风力发电厂的储能系统是改善此种情况的最好的解决办法。因此，近年来风电场储能装置的装备、容量配置及考虑3D海底环境的风电场集电系统拓扑研究成为了研究和应用示范的热点。

由于国内人民生活水平的提高，科技不断地进步，控制不断地完善，导致不可再生能源消耗严重，甚至殆尽，从而促使可再生能源成为行业的主导。风力发电成为现阶段一处亮丽的风景线，由于其拥有成熟的开发技术，成本相对较小，几乎无污染的优势，使得在新能源发电行业具有很高的前景，成为世界各国关注的焦点。同时，因为风向可变性、随机性以及不可控制性较强，风力发电并网对电压稳定性及电性能影响很大。风力发电行业不断革新，并网的数量越来越大。因此新一代的我们要认真去钻研风力发电并网的影响。

由于储能电池成本高、使用寿命相对较短，往往需要以很小的储能容量配置来担负风电场的有功出力平滑任务，这同时也给电池系统的控制带来了挑战。本文中以某中型实际风场为例，就风储联合运行中的控制策略进行了研究，着重探讨了以锂离子电池储能系统抑制双馈风机风场出力波动的控制策略，同时实现对电力系统暂态支撑作用的虚拟惯量补偿策略，以及与有功平滑同步的并网点无功补偿策略。

关键词：风力发电；双馈异步发电机；储能系统；并网

Abstract

 Wind energy is a kind of green renewable energy widely used at home and abroad.Then, more and more wind power generation systems are built and connected to the grid. The electricity generated by wind power generation is greatly affected by external factors and has certain randomness and volatility, which has a great impact on the stability of the power system after being connected to the grid.The best way to improve the situation is to build energy storage systems for wind farms.Therefore, in recent years, the equipment, capacity configuration and joint operation control of wind farm energy storage devices have become the focus of research and application demonstration.

Due to the improvement of people's living standard, continuous progress of science and technology, and continuous improvement of control, the consumption of non-renewable energy is serious or even exhausted, thus promoting the renewable energy to become the leading industry.Wind power generation has become a beautiful scenery at the present stage. Due to its advantages of mature development technology, relatively small cost and almost no pollution, it has a high prospect in the new energy power generation industry and has become the focus of attention in the world.At the same time, due to the strong wind direction variability, randomness and non-controllability, grid connection of wind power generation has a great impact on voltage stability and electrical performance.The wind power industry continues to innovate and is increasingly connected to the grid.Therefore, the new generation of us should seriously study the impact of wind power grid connection.

Due to the high cost and short service life of the energy storage battery, it is often necessary to configure a small energy storage capacity to take on the active power output smoothing task of the wind farm, which also brings challenges to the control of the battery system.This article in a medium-sized actual wind field, for example, is the wind storage in operation of the joint control strategy are studied, emphatically discusses the inhibition of doubly-fed fan in lithium ion battery energy storage system, the control strategies of wind power fluctuations at the same time of power system transient support virtual inertia compensation strategy, as well as active smooth synchronization and network reactive compensation strategy.

Keywords: Wind power; Doubly-fed asynchronous generator; Energy storage system; interconnection

   

目录

摘要............................................................................................................................. I

Abstract.................................................................................................................... II

第一章绪论............................................................................................................... 1

1.1研究课题背景............................................................................................. 1

1.2课题研究现状............................................................................................. 1

1.2.1风力发电现状与趋势.................................................................... 1

1.2.2风电并网问题研究现状................................................................ 3

1.2.3储能技术发展现状................................................................... 3

1.3本文的主要研究内容................................................................................ 3

第二章风储联合发电系统的构建......................................................................... 5

2.1风力发电特性分析.................................................................................... 5

2.2风力发电系统分类.................................................................................... 7

2.2.1恒速恒频风力发电系统................................................................ 7

2.2.2变速恒频风力发电系统................................................................ 7

2.3风电功率波动特性研究............................................................................ 9

2.3.1风电功率波动特性分析................................................................ 9

2.3.2风电功率波动指标......................................................................... 9

2.4储能系统工作原理.................................................................................. 10

2.5风电场储能系统配置方式..................................................................... 10

2.6小结........................................................................................................... 12

第三章储能改善风电场出力特性....................................................................... 13

3.1章节描述................................................................................................... 13

3.2风电并网相关指标.................................................................................. 13

3.3风电出力特性分析.................................................................................. 13

3.3.1风电功率波动特性分析.............................................................. 13

3.3.2风电机组及风场出力特性分析................................................. 14

3.4本章小结................................................................................................... 16

第四章考虑3D海底环境的风电场集电系统仿真........................................... 17

4.1 考虑3D海底环境的风电场集电系统的模型.................................... 17

4.2 考虑3D海底环境的风电场集电系统仿真分析................................ 18

4.3      不同风速组合下风电场对系统影响.............................................. 21

4.4小结........................................................................................................... 21

第五章总结............................................................................................................. 22

参考文献................................................................................................................. 23

第一章绪论

1.1研究课题背景

在过去的35年间，随着科学技术的不断进步，粮食、交通、通讯等问题得到了良好的解决，人们的生活质量得到了很大的改善，但如果继续以常规化石能源的大量消耗为代价来换取经济增长，人类的可持续发展将沦为无稽之谈，因此，若要拥有新鲜的空气、干净的水资源、绿色的生活环境，我们必须提高清洁能源的利用率，用清洁能源拯救我们的生活，从真正意义上改善人类的居住环境。

由于不可再生燃料化石燃料正在不断地好之殆尽，导致世界各国对不可再生能源过渡开采，使得全球气候变暖，污染状况持续严重，危害到人们的健康。现如今，保护环境成为当今社会的重点工作，如全球气温上升、大气污染等。然而，值得庆幸的是，随着科技不断地进步，风力发电技术不管是在功能上还是在技术上都得到了前所未有的的发展和提高，逐渐变成当今社会人们必不可缺的日常工具，从而改善了人们的生活方式。

现在我国的光风力电技术已经得到了前所未有的进步，风力发电并网的智能化越来越好，性能也趋向完美，以目前的技术来达到对风电并网的控制是完全可以实现的，随着国外风电并网性能上的提高，而且性价比很高，不需用花费很大的成本。随着控制技术的发展和风力发电技术的革新，风力发电并网越来越智能化，我们要逐步实现并网控制系统的智能化是当今社会的发展方向，引领风力发电新的航向。

1.2课题研究现状

1.2.1风力发电现状与趋势

风的能量来自地球上局部加热的太阳，这使得地球不同地区的温度和热不均匀，导致了气流。使用风力发电不会生产大气污染物质，搭建新的风力发电厂也不会给大气带来污染，保护人们的身心健康。在可再生能源中，风能无可厚非是最受欢迎的，具有优秀的基础、经济性价比高、具有源源不断的资源、绿色无污染等多方面优点促使风能成为未来最有可能大规模开发利用的能源之一。全世界各地都有风的存在，因此风能资源无处不在，同时符合风力发电的风速要求的地区也很多，且比较容易开发，需要做的就是建立风电场，安装风力发电机组，并网。因此从经济上来讲，风电的获取成本较低。建设新的风力发电场所消耗的时间不长，需要提供的材料相比其他发电设施而言相对较少，且几乎无污染。建造一个新的风力发电厂，需要从搭建、布局、发电等步骤，大约不到一年的时间就可以投入使用。图1.1近几年全球风力发电机的发展。

图1.1：近几年全球风力发电机的发展

 对一些大型风电市场而言，2015年无疑是一个发展大年，风力发电技术在日新月异的发展，许多关键技术也己经被突破，由于控制技术的革新，风力发电的质量也越来越高，效率越来越高，逐渐成为一种主流稳定的可再生能源，并网己经没有太大的问题。风力发电的成本也在逐步降低，现阶段己经和商业用电的价格差不多。图1.3、1.4分别展现2015年风力发电排名及容量情况。

图1.2：2015年风力发电排名

图1.3：2005年至2015年我国风力发电机容量情况

1.2.2风电并网问题研究现状

近几年，世界各国专家都在积极研究风力发电并网的相关问题解决办法，目前主要需要解决的困难如下所示：

（１）对电网频率的影响

随着并网采用风能的情况下，风能输出功率变化较大，使国家电网出现波动。

（２）对电能质量的影响

风力发电并网对电能质量也有一定的影响。

（３）对发电计划的影响

常见的发电方案是依靠负荷的需求来设计的，由于风能波动和预测不足，与传统能源相比，风能的稳定性因素严重影响发电计划。在大型风力发电并网中，电网的功率不足以平衡风力发电并网的负载电荷波动，受到限制，从而严重影响发电计划的设计制定。

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