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智博原创论文:基于静止同步补偿器的风电场电

作者:2021-04-04 21:53阅读:文章来源:未知

基于静止同步补偿器的风电场电压稳定问题研究

 

摘 要

 
 
风力发电作为时下最优秀的发电技术体系,受到社会广泛重视,伴随现代科学技术发展,呈现出良好的发展趋势。但是,随着大规模入网运行,必然导致控制与调度电网受到影响,这种影响集中体现在无功电压控制和有功功率控制,比如常见的备用调度问题和配置问题等。本文将基于风力发电技术研究现状,以静止同步补偿器为基础,研究风电场电压稳定处理措施。通过研究不同线路上动态补偿装置的无功分配,将母线电压进行平衡,将静止同步补偿器在实际控制风电场电压稳定时所具有的调节能力发挥出来。通过本文的研究可以得知,现代电力技术的发展路径已经多元化,风力发电作为最优前景的发电方式之一饱受社会关注。通过基于静止同步补偿器实现风电场电压稳定问题处理,可以有效提升风力发电厂的发电效率,利用模型分析风电场中的静止同步补偿器应用,实现研究结果的直观展示。
 
关键词:静止同步补偿器;风电场;电压稳定;措施

 

ABSTRACT

 
 
As the most excellent power generation technology system, wind power has been widely valued by the society. With the development of modern science and technology, it presents a good development trend. However, with the large-scale network operation, the control and dispatching grid will be affected, which is mainly reflected in the reactive voltage control and active power control, such as the common standby scheduling problems and configuration problems. In this paper, based on the research status of wind power generation technology, based on the static synchronous compensator, the voltage stability measures of wind farm are studied. By studying the reactive power distribution of dynamic compensation devices on different lines, the bus voltage is balanced, and the regulation ability of static synchronous compensator in the actual control of wind farm voltage stability is brought into play. Through the research of this paper, we can know that the development path of modern power technology has been diversified, and wind power generation as one of the most promising power generation methods has attracted the attention of the society. The voltage stability of wind farm based on static synchronous compensator can effectively improve the power generation efficiency of wind power plant. The application of static synchronous compensator in wind farm is analyzed by using the model to realize the visual display of research results.
KEY WORDS: Static synchronous compensator; Wind farm; Voltage stability; Measures

 

目  录

 
 
摘 要 I
ABSTRACT III
目  录 V
1 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意义 2
1.2 研究方法分析 2
1.2.1 文献资料法 2
1.2.2 模型法 3
1.2.3 定量与定性分析法 3
1.3研究现状 3
1.3.1国内研究现状 3
1.3.2国外研究现状 5
2 风电场无功补偿设备配置措施 9
2.1风电场无功补偿容量设计标准 9
2.2影响风电场功耗的因素 12
2.3动态补偿与电容器支路配置 14
2.3.1动态补偿 14
3 风电场中的静止同步补偿器应用 19
3.1 并网型风电机组数学模型分析 19
3.1.1风速模型 19
3.1.2传动机构模型 22
3.1.3风力机模型 23
3.1.4异步发电机组结构及数学模型 25
3.2静止同步补偿器控制策略 26
3.3模型仿真分析 27
4 结论 44
参考文献 45
致谢 49
 

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

电力发电技术在全球能源资源紧缺的背景下,逐渐发展成熟,并且在应用中初具规模,为生态可持续发展,保护周边环境作出重大贡献,所以在现代电力事业发展中获得广泛利用和开发。
截止到目前,风力发电已经与火力发电、核能发电以及水利发电合并为电力事业发展的四种方式。风能在自然界中具有一定的随机性和波动性,风力发电场发电能力受到风速变化影响,所以风电场电压经常性的存在稳定性问题,若是处理不当,势必会造成母线电压崩溃和机组停机等现象[1]。风力发电机具有多种多样的造型,经常性的在接入电网的时候借助于电力电子装置实现,这些设备在运行中将会形成谐波,损耗送变电设备,甚至导致谐振,对设备产生破坏。将无功补偿设备安装在风电场,可以解决电压不稳定问题以及风电场无功不足问题,优化风电场接入电网的运行条件。
详细而言,在风电场中科学化安装无功补偿设备,将会从以下几个方面优化风电场运行性能。第一,增加功率因数,当风电场运行正常时,可借助无功补偿设备将感性设备导致的功率因数问题作出改善。第二,调整电压值,因为风速存在着不稳定性和随机性,势必会导致风电机组电压值和功率值出现波动,所以风电场中要合理的调节电压。第三,降低谐波出现的概率。电力电子设备在风力发电机组中被大量使用,在向电网输出有功功率的同时,需要将一定量的谐波注入其中,通过使用无功补偿设备降低谐波。第四,将无功补偿装置安装在风电场中,可以降低功率的损耗,优化供电设备的供电质量[2]。并网型风力发电机在运行的过程中,因为受到塔影效应、风梯度以及风速变化情况等因素的影响,从而导致有功功率出现大幅度波动。若是没有将输出功率变化情况作出优化,将会造成连接点位置经常性的出现电压波动问题,从而限制接入风机的正常运行情况。就I型风力发电机而言,在电网并入的时候包含有弱电网,风电比例比较大。在风电场配合使用静止同步补偿器和静止无功补偿器,可以更加平滑且快速的完成无功功率补偿,从而实现最佳补偿[3]
静止同步补偿装置可以综合地改善电力系统中的电能质量,并且随着电力工业的发展而发展,静止同步补偿装置得到了广泛和深入的关注。但是,我国由于受到多种技术因素的约束,使得静止同步补偿装置的研究处于理论探讨阶段,还未在工企业中广泛应用开来,主要是还存在一些关键技术及成本问题。为改善静止同步补偿装置无功补偿的性能,有大量的文献报道了静止同步补偿装置的控制策略和方法。
一般而言,控制系统主要有两种基本的方式:开环、闭环这两种方式,并且是在二者之间的相互作用下进行。闭环与开环两者之间相结合,从控制的技术上来讲,具有р控制、 pi 控制和 pid 控制三种基本的结构。随着控制系统技术的进步与发展,非线性的鲁棒控制、模糊化的控制、神经网络的控制等等以及一些其他智能化的控制手段逐渐在我国应用,并且也开始试图将这些手段应用于静止同步补偿装置领域。但无论利用哪种算法,使用哪种策略,在静止同步补偿装置的研制及工业应用的发展方面,关键技术在于设计出简单易操作、可靠性强等性能优良的静止同步补偿装置。它的智能控制方法逐渐发展起来,并开始尝试着应用到静止同步补偿装置领域。

1.1.2 研究意义

在正常工况情况下,电网故障和电压波动导致的电压不稳定问题,应利用动态无功补偿予以缓和,在这个过程中,动态无功补偿装置的使用是最具有广泛性的,按照功能划分成为两种类型,一种是电压源型静态同步补偿器,一种是晶匣管静态无功补偿器。在发电厂供电系统管理中,风电场以及电网电能质量受风力发电并网规模化、波动性和随机性的影响较为显著,也是其关注的重点。
本文综合运用文献资料法、模型构建法和定性与定量分析法分析在不同程度下无功补偿设备环节风电场运行环节的电能质量问题,进而有效控制风电场电压。本文通过研究,就风电场具体情况对装置配置措施以及补偿容量展开全面的分析,并且给出与风电场管理相适应的管理放啊,提升风力发电系统运行中的安全性与稳定性。利用文献资料法总结与概括当前风电场电压稳定问题控制中静止同步补偿器的研究现状,结合多种研究方法为今后的本方面研究提供理论支持。利用模型构建法和定量定性分析法系统性的分析风电场电压稳定问题控制中静止同步补偿器的应用,为本方面研究提供实践支持。

1.2 研究方法分析

1.2.1 文献资料法

文献资料法应用时,要基于选定的课题,收集与课题相关的文献资料,在基于静止同步补偿器的风电场电压稳定问题研究中,需要整合静止同步补偿器、风电场电压稳定问题、静止同步补偿器应用效果等文献资料,对其详细提炼与分析,从文献资料中发掘出内含的规律性特点,总结本质性内涵和新观点与新认识[4]。根据文献的形式不同,文献资料法可以划分成为数字文献、文字文献、有声文献和图像文献。按照文献的来源不同,文献资料可以划分成为一手文献资料和二手文献资料。一手文献资料主要是指没有经过任何中间环节而得到的,比如研究者通过实验探究、访问调查以及摘录现有资料。
在文献资料收集的时候,需要坚持原则,有分析、有选择的收集,确保收集的资料能够满足基于静止同步补偿器的风电场电压稳定问题研究的需求。收集的方法有专家咨询法、直接利用文献目录以及索引方法和复印法和抄录等。文献资料法需要从既有的文
献资料中收集信息,所以具有一定的历史性和间接性,研究人员不能亲身参与到调查中便可以得到结果。由于在研究中可以记录文献资料,所以呈现出继承性的特点。

1.2.2 模型法

模型法主要目的是将事物的基本特征、事物本质和形态等作出展示,应用模型法时需要利用与原型相类似的模型,将所研究的事物本质特征进行发掘,将思想模型展示出来,从而可以间接性的对客体原型变化发展的性质以及性质作出分析。模型法在分析中,是最具有理想型的方法,模型法能够简化复杂问题,将主要各类问题的次要要素摒弃,抓住主要因素,理想化处理各类问题。有时为了对所描述的现象展开形象且客观的描述,也可以引入模型法。基于静止同步补偿器的风电场电压稳定问题研究中,构建完成耿素模型、传动机构模型、风力机模型、异步发电机组结构及数学模型,阐述静止同步补偿器数学模型和控制措施[5]

1.2.3 定量与定性分析法

定性分析是指通过利用哲学思辨思想和逻辑推理思想、法规判断和历史求证等思维方法展开分析,对静止同步补偿器和风电场电压稳定展开研究,了解其属性。定量分析是分析静止同步补偿器和风电场电压所与其他事物之间存在的数量关系,也可以对几个对象的某些性质、特征、相互关系从数量上进行分析比较。

1.3研究现状

1.3.1国内研究现状

当今时代,社会在生产与发展中的动力资源主要依赖于不可再生资源,在既有的利用方式下,将继续是造成污染和其他环境退化。例如石油能源资源是汽车、衣品、制暖等各活动所必须的资源,因为研究深度加深,使用范围扩大,使得石油资源供应存在着滞后现象。在新时代背景下,加快提升资源供应能力,寻找可持续的替代品变得越来越紧迫。苏勋文,林静雯,陈松涛介绍了利用光伏太阳能发电场在空载条件下作为静止同步补偿器来调节风电场向电网供电时的共同耦合电压点。拟定的控制措施将使WEC与电网的连接增加,给出了基于MATLAB/Simulink的仿真结果,以验证系统的有效性。光伏静止同步补偿器在不使用附加补偿器的情况下,增加了互联风电场系统的电网稳定性[6]
STATCOM是一种并联静止无功补偿器,其电感或电容输出电流可独立于交流系统电压进行控制,它能在系统扰动和电压故障时迅速提供所需的动态电压支持。但是,因为静止同步补偿器使用的直流链电容能量密度较小,直流链路电压存在较大的电压降,限制了系统的有功功率容量。最近静止同步补偿器超级电容器领域的发展导致了高比能量和高比功率器件的出现,这些器件适用于大功率电子应用中的储能。与传统电容器相比,超级电容器充放电速度非常快,需要在故障排除后迅速恢复系统以保持系统稳定,避免风电场中与风机耦合的SCIG跳闸。秦世耀,姜蓉蓉,刘晋研究了在不同的故障条件下,当电网发生不平衡或平衡故障时,采用带超级电容储能系统的静止同步补偿器来改善SCIG的电能质量,并且对不同的载荷条件进行了分析[7]
采用静止同步补偿器可以提高基于固定转速感应发电机的风力发电机组的稳定性。在电网电压不平衡的情况下,负序电压会导致严重的发电机转矩振荡,从而缩短传动系的使用寿命。马永翔,孙荔伟,闫群民针对一个以固定速度感应发电机为基础的风力发电场,结合一个静止同步补偿器,在实际及无功功率补偿下进行研究,提出了一种能够协调电网电压正负序控制的静止同步补偿器控制结构。研究结果阐明了静止同步补偿器正负序电压补偿对以定速异步发电机为基础的风电场运行的影响,静止同步补偿器通过提高风电场的功率来保证功率补偿的平稳性[8]
风力发电作为一种可再生的清洁能源,在智能电网中受到广泛关注。但是随着大规模风电并网对电力系统的影响,风电场对电网造成电压骤降,甚至电压崩溃等负面影响具有较小的应对能力。纪蔚涛,任永峰,云平平将静止同步补偿器引入到系统中,以提高系统的稳定性。在分析风电并网对电网电压稳定性影响的基础上,输入数据信息准确评估风电场并网系统中各节点的电压稳定性,提出了一种改进的节点电压稳定性评价指标。在研究中,研究人员提议采用基于评价指标的静止同步补偿器最优配置策略,分析不同配置对电压稳定性的影响程度,确定静止同步补偿器的最优配置。最后,以风电场接入IEEE 14节点试验系统为例进行仿真,验证了节点电压稳定评价指标的有效性和可行性[9]
目前所研究的电流检测方法很多,包括p-q和ip-iq方法,基于快速傅里叶变换FFT (Fast Fourier Transformation)的无功电流检测方法以及基于小波变换WT (Wavelet.transformation)的一个模型进行检测。快速傅里叶变换主要原理是根据谐波采集信号得到的一个高频电源谐波周期信号中的谐波电流值,然后对其进行一个fft反射变换的频率分解,得到各次反射谐波的频率幅值和谐波相位不变系数,再对其谐波进行一个fft反射性变换,合成总频率谐波中的电流,由于谐波栅栏和其他频谱谐波中的各种泄露谐波现象同时存在,该分析方法不仅能够很好的准确检测到并得出整数次频率谐波,而对非检测整数次频率谐波的高频分析法则具有一定的科学技术性和局限性。该方法可以很好地检测出整数次谐波,而对非整数次谐波分析有一定的局限性。并且为了测得一个周期的无功电流值,且每个周期需要对负载进行两次无功电流变换,计算工作量较大,耗时长,不能对负载进行实时的检测,所的研究结果主要是在经过较长周期前的无功电流,只比较适合于变换缓慢的负载耗时长,不能进行实时检测,所的结果是较长时间前的无功电流,只适合于变换缓慢的负载。小波变换器就是针对小波fft换器在无线分析非固定稳态时频信号中可能存在的一些局限性而研究形成并进行开发设计出来的十分有效的一种新型时频信号分析专用工具。对于非整数次谐波的检测分析,WT具有一定的优越性,它的函数无论在时域还是在频域都具有性能非常好的特性。但是WT的理论和应用研究时间相对较短,还存在着许多不完善的地方,特别是当频谱泄露时会出现混频现象,导致不能准确地检测出谐波。
瞬时无功功率理论的提出对补偿电流检测技术的发展起到了很重要的作用。此种检测方法主要有 p - q 检测的方法和ip-iq检测的方法, p - q 检测的方法和 ip-iq检测的方法是当电网内部的电压达到均匀或者无畸变时都可以精确检测得出负载中产生的谐波和无功电流。而在电网内部的电压不均匀或者是电路有畸变等条件下, p - q 检测方法不能准确地检测得到无功与谐波之间的电流,ip-iq检测方法可准确地从有功谐波电流检测输入,但却不能准确从无功谐波电流检测输出。经过调查研究可以发现,此种检测错误的原因主要是由锁相环电路得到的正弦和 a 相电网电压相同相位的信号及剩余正弦和偏振。
例如,当电网三相电压不均匀或者不平衡且有畸变的情况下,电压不仅仅单独是正序分量,而是三相电压的正序分量、负序分量和零序分量的一个综合总和。在对电流进行检测的过程中,期望检测电路中的正弦信号的相位应该是等同于 a 相电压的正序分量的相位,而实际上,正弦信号与 a 相电压的正序分量、负序分量和电流的零序分量的和相位相同,这样其实就形成了一个相位差,使得对无功电流的检测也就出现了误差。在以上两种方法的基础上,很多学者进行了研究,试图改进来克服电网电压不平衡或畸变给无功电流检侧精度带来的不利影响。这样其实就形成了一个相位差,使得无功电流的检测出现了误差。在以上两种方法的基础上,很多学者进行了研究,试图改进来克服电网电压不平衡或畸变给无功电流检侧精度带来的不利影响。综上所述,从静止同步补偿器设备装置的开发与工程应用的视角出发,准确、迅捷、容易地实现的无功补偿电流自动化检测技术和方法已经成为了研究的主要目标和方向。

1.3.2国外研究现状

由于环境条件的变化,可再生能源的发电量总是波动的。同样,通过向电网注入风电,一些电能质量可能会因固有的风波动和相对较新的发电机类型而发生变化。就发电电能质量的测量而言,当汽轮机连接到电网时,存在某些相关功率,如有功功率和无功功率、闪变、开关函数的电气行为、电压膨胀、谐波和电压凹陷。根据国家和国际准则进行测量,目前并网双馈感应发电机已成为电力工程界关注的热点。
此外,电压稳定性成为在扰动期间维持基于DFIG的风电场运行的一个重要因素。为了解决风电场接入配电网后的电压稳定性问题,FI Robbani,HBA Chico,I Iftadi对静止同步补偿器的实现进行了研究。静止同步补偿器作为一种动态无功补偿装置,通过保护与配电系统互联,基于DFIG的风电场在整个扰动期间和扰动后不离线来稳定公共耦合点的电压。结果表明,在电压暂降过程中电压降到0.7pu,静止同步补偿器接入后电压提高到0.89pu。利用MATLAB/Simulink对所设计的系统进行了仿真,结果表明,静止无功补偿器有效地抑制了系统中电压暂降等暂态扰动的影响,提高了风电场的稳定性和性能[10]
静止同步补偿器是一种能够在风力发电机组突然发生故障时保持机组稳定的柔性交流输电系统装置,在这些故障中,风力涡轮机连接母线处的电压下降。对于这种故障情况,静止同步补偿器通过注入无功功率进行干预,以补偿电压降。S Machavarapu,MG Rao,P Rao以Bizerte风电场为例进行了应用研究。该农场由采用鼠笼式感应发电机的定速航空发电机组成。S Machavarapu,MG Rao,P Rao的研究从风系统的建模开始,根据STEG描述了将风能系统连接到电网并在电压骤降时配备的技术要求。介绍了静止同步补偿器的结构,最后给出了风电场在有无静止同步补偿器的低电压穿越下的仿真结果[11]
改善风电场的并网是一个需要解决的相关问题,特别是对于定速风电机组。某些元件,例如柔性交流输电系统能够执行电压和无功功率调节,以支持风电场的电压稳定,并补偿来自电网的无功功率消耗。一些设备被归为FACTS,它们采用不同的技术和工作原理。MJ Morshed,Z Sardoueinasab,A Fekih对其中的静止同步补偿器、静止无功补偿器和静止同步串联补偿器进行了评价和比较。它们在MATLAB/Simulink中进行了建模,并在各种情况下进行了仿真,包括正常运行和电网故障两种情况。结果表明,SSSC提高了风电场的电压稳定性,而静止同步补偿器、静止无功补偿器提供了额外的无功功率[12]
在这项研究中,R Perveen,A Hassan,M Awais研究了由风电场供电的各种静态和动态负载系统中母线负载的电压稳定性。在负载电压和无功功率的控制中,采用了10mvar静止同步补偿器和静止无功补偿器。在所研究的风电场中,采用了双馈感应发电机。在电压无功控制中,利用MATLAB/Simulink仿真软件,得到了系统的时间响应和阻尼振荡结果。结果表明,SVC和STATCOM在系统电压稳定性方面具有良好的效果[13]
根据静止同步补偿器驱动设备在该驱动装置中所驱动产生的无数有功驱动电流及其传感器的直接工作驱动方式不同,我们一般可以把其驱动控制策略进行划分分别为对有功电流的间接驱动控制与对无功电流的直接驱动控制。
所谓对电流的间接控制,就是间接地通过其它一些物理能量的方式去直接控制电流,一般把静止同步补偿器可以看作是一种交流侧的电压源,对于电流的直接控制主要是通过改变一个变流器的交流侧电压来直接完成的,从而间接地直接完成了对静止同步补偿器的交流侧输出电流的控制。在采用电流间接控制的方法中我们需要充分考虑到该系统的参数和取值问题,但是因为电力系统本身属于一个复杂的系统,它的各种参数都是不可能确定的,这就导致静止同步补偿器控制器本身具有很强的灵活性和自适应能力,实现的难度比较大。
所谓电流直接控制,就是通过一些技术直接控制电流来追踪指令电流,通过一定的控制技术使得静止同步补偿器变流器的输出随着指令电流信号的变化而随之改变,其本质上是一种电流跟踪方式。这种方法控制误差比较小,响应时间短,响应速度也比较快,稳定性高,相比间接控制策略,电流直接控制有一定的优越性。所以电流直接控制方法应用在静止同步补偿器的研究受到了广大学者的广泛重视。
比较普遍使用的电流追踪控制技术主要有滞环控制和三角波比较。滞环比较方法是一种常见的实时控制方法,能够迅速响应电流的改变,不用任何载波,其误差范围与滞环的宽度没有太大的密切联系,若环宽是固定的,误差范围也会随之固定,可是因为电力或者机械元件的启动开关频率都是发生了变化,所以滞环比较方法的误差范围也并非是固定的。在采用三角波相对比较的方式中,电力电子开关器件的频率通常是固定的,等于三角波的频率,但是响应速度相对缓慢,误差相对大,且它更广泛地应用于连续性的时域控制,而滞环式的控制则更加适合于数字化的控制。但响应速度较慢,误差大,且它更多应用于连续时域控制,而滞环控制则更适合于数字化控制。这两种方式各自具有其优缺点,实际使用时可按系统具体需求作出选择。近年来,学者们从不同思路和角度出发,在这两种基本电流追踪控制技术和方法基础上研究提出了一些较为全面的电流追踪控制技术和方法,主要包括空间矢量法、预测电流控制法等。
空间向量法是一种应用于逆变器的特殊开关触发次数及脉宽尺寸的组合。通过这样的方法进行组合后就可以使逆变器的交流侧能够产生一个正弦电流,并且该种正弦电流的三相互差120°,波形的失真较小,经过的研究表明,此种方法对于输出的交流电压和负载的电流时所产生的谐波损耗比较少。经过研究证明,此方法在输出的交流电压和电流中产生的谐波较少。
预测电流控制方法的基本原理是在每一取样周期的起始时刻,采样电流,并预测下一个周期开始时刻的电流指令值,由两者差值和系统参数决定控制逆变器的输出电流跟踪指令值,它其实是一种无差拍控制,动态响应快,能快速跟踪电流变化,适合快速暂态控制。
MA Benmahdjoub,A Mezouar,AVD Bossche采用准静态时域仿真方法研究了风能穿透水平提高对电压稳定性的影响。基于鼠笼式感应发电机的风电场的并网对电力系统的电压稳定性有不良影响,特别是在并网后风力发电量不断增加的情况下。由于异步电机的异步运行,只有吸收更多的无功功率,才能增加风力发电量。感应发电机无功消耗的增加导致风电场与电网共用母线电压降低。在这种情况下,如果风电场的无功吸收得不到有效管理,将导致电网电压不稳定。研究表明,采用静止无功补偿器和静止同步补偿器提高了系统的电压稳定性,使风电场具有良好的性能。

2 风电场无功补偿设备配置措施

2.1风电场无功补偿容量设计标准

计算风电场无功损耗和确定容量,是设计风电场并网最为重要的组成内容。当前学术界以及行业内部均已经深入研究风电机组自身的无功补偿,同时对相关控制措施研究力度也展开全面且系统的探究。风电场处于正常运行阶段时,升压变电站、汇集线路以及风机箱变压器等设备将会将电力输送到电网中,所以,风电场中的无动损耗绝大多数来自于各级别的线路和变压器系统,另外,在风机自身运转中也会形成无功损耗[15]。补偿线路以及各级变压器无功损耗的时候,均需要按照实际的要求安装无功补偿装置。伴随着现代控制风电机组的理论研究加深,风电机组在应用中已经表现出较多的优秀性能,无功功率能力也日渐突出。调研与分析国内主要制作风机的厂家可以得知,绝大多数的风电机组在制作完成以后,需要按照风机出口位置的功率因数进行控制策略设定,或者是选择应用闭环控制措施,进而保证风机箱变压器的出口位置功率因数为1,吊装完成风电机组以后将其正式投入使用,但是在使用的过程中,将难以动态性的更改控制策略[16]
风电场的无功损耗想要保持平衡,则必须要重新配置风电场的无功补偿装置。当系统在运行的过程中有所需要,那么必须要将无功功率按照规定的标准注入到电网这种,进而有效保证风电场并网点位置的电压水平处于稳定状态。所以,将充足容量的集中无功补偿装置安装在风电场升压站内部,是十分有必要的。因为风电场接入系统存在着很大的特殊性,所以即使是以当前风电场系统中的接入体系相结合为依据,也难以保证设计完成的结果不存在任何问题[17]
比如,当风电场的接入落点相对较近的时候,系统枢纽站则是并网点,此时集中无功补偿容量具有很大的裕度,同时也不利于社会经济的有序运转。当风电场系统的接入落点具有较远的距离时,并且在系统的末端位置分布有并网点,那么此时集中无功补偿容量的裕度将会存在着显著的不足,甚至很大情况下会难以满足无功平衡的需求,对整个风电场运行的稳定性和安全性产生严重的不良影响。所以,在既有的风电场并网准则之下,相关工作人员必须要基于建设情况与施工进度,与无用功补偿装置的容量相结合,提升无功补偿装置设计和应用的能力与效果[18]
在设计无功补偿装置的时候,很多研究人员以及实际工作人员对无功补偿容量提出了定性要求和定量描述。风机的不同,无功补偿容量也存在着很大的差异性。当异步电机运行时吸收无功,所以需要在风机的出口位置合理的安装与设置电容器设备。在风机出口位置,电容器的容量需要控制在风机总容量的15%哒30%左右。在电容器之中,不仅包含有补偿风机升压变压器无功损耗,还包含有风机启动时所提供的的滤波以及无功等作用。所以,需要选择使用异步风机的风电场,无功补偿容量的配置一般需要基于30%的风机装机容量实现。就直驱风机和双馈风机而言,其功率因数值为±0.98,所以电容器一般不会设置在风机的机端位置。在计算直驱风机和双馈风机功率因数的时候,可以选择0.98为计算数据,风电机组自身所能够在运行的过程中提供的功率因数,大约为20%乃至以上的风机容量[19]。所以,在计算的过程之中,风电场需要应用直驱风机或者是双馈风机。其中集中无功补偿容量的规程要求要以30%的风机装机容量完成配置。当前在设计电场接入系统的时候,为保证设计成果的可靠性,需要从设计的规程要求角度出发,基于风电场装机容量以明确入无功补偿容量[20]
假如风机箱式变压器出口位置的功率因数值为1,电场想要达到满发状态,则必须要最大化考虑无功损耗。在这种状态之下,便可以对送出线路损耗、升压变压器损耗、电场汇集线路损耗等,通过使用风电场内部的集中装置完成补偿。受到风机位置、当地气象变化情况以及地形等因素的多重影响,对于35kV汇集线路不同路段的线路长度以及风电机组容量的分析得知,不同线路段的结果也有所不同。设计风电场汇集回路的时候,需要将50MW的风机进汇集线路划分成为3回,每回的长度值要控制在15千米以内。每回线路均需要将11台1.5MW的风机接入其中,假设11台风机能够在15千米的汇集线路上被均匀的分布,所以在对35kV汇集线路无功损耗进行计算的时候,要分段展开,计算风电场汇集线路无功损耗的时候,其关系表达式如下所示:
               (2.1)
在公式2.1中,所表示的含义为线路损耗,QC所表示的含义为线路充电功率,I所表示的含义为线路电流值,U所表示的含义为线路电压值,XL所表示的含义为线路电抗,BL所表示的含义为线路电纳,L所表示的含义为汇集线路的长度值。
在表2.1中,将风机汇集线路损耗情况和装机容量两者之间的关系作出列举,详细如表2.1所示:
 
表2.1 汇集线路损耗与装机容量关系表
Table 2.1 Relationship between Line Loss and Installed Capacity
汇集线路损耗 风机场装机容量 汇集线路损耗 风机场装机容量
0 Mvar 0 MW 2 Mvar 50 MW
4 Mvar 100 MW 6 Mvar 150 MW
8 Mvar 200 MW 10 Mvar 250 MW
12 Mvar 300 MW 14 Mvar 350 MW
16 Mvar 400 MW 18 Mvar 450 MW
20 Mvar 500 MW    
 
 
风电升压站的无功损耗在进行计算的时候,其关系表达式如下所示:
                       (2.2)
在公式2.2中,Qm所表示的含义为升压变压器运行中所需要补偿的容量。U所表示的含义为补偿侧抗电压。Im所表示的含义为补偿侧负荷电流值。In所表示的含义为补偿侧额定电流值。Io所表示的含义为空载电流值。Sd所表示的含义为升压变压器额定容量值。
表2.2中展示出来风电场升压变压器损耗与装机容量两者之间的关系,详细如下所示:
 
表2.2 风电场升压变压器损耗与装机容量关系表
Table 2.2 Relationship between Loss and Installed Capacity of Wind Farm Booster Transformer
升压变压器损耗 风机场装机容量 升压变压器损耗 风机场装机容量
0 Mvar 0 MW 4 Mvar 50 MW
11 Mvar 100 MW 15 Mvar 150 MW
22 Mvar 200 MW 26 Mvar 250 MW
33 Mvar 300 MW 37 Mvar 350 MW
44 Mvar 400 MW 48 Mvar 450 MW
55 Mvar 500 MW    
 
 
送出线路在风电场中的无功损耗关系表达式如下所示:
             (2.3)
在公式2.3中,L所表示的含义为风电场送出线路长度。
送出线路的长度值以及风电场总容量与送出线路的无功损耗之间存在着十分紧密的联系。就单一风电场而言,装机的容量值基本上都不超过500MW,送出线路长度值为基本上不超过60千米。通过简单的计算可得到送出线路、风电装机容量以及无功损耗之间的关系。当送出线路长度值保持一定的时候,若是风电装机的容量值有所上升,那么此时送出线路的无功损耗在升高的时候呈指数上升[21]。在相同的装机规模之下,当送出线路的长度越高时,其线路的无功损耗也将会上升。倘若是风电场送电的距离超过60千米,装机的容量值达到500MW的时候,此时送出线路所出现的损耗将超过80Mvar。
风电场无功损耗与补偿类似于风电场送出线路的无功损耗。当送出线路长度一定的时候,伴随着风电装机容量的增加,送出线路的无功损耗将会呈现出快速上升的趋势,并且斜率相比较于送出线路损耗曲线而言更大。这种现象的出现主要是由于伴随着风电场装机容量的增加,汇集线路、升压变电器损耗均呈现出上升的趋势。当风电场送电距离超过60km,装机容量值达到500Mw的时候,总损耗将会超出150mMvar。
当前,我国规程所规定的无功补偿装置容量必须要能够为不同送出线路长度以及风电场不同装机容量的无功补偿要求予以满足。倘若风电场装机具有较小的容量,送出线路具有较短的长度,风电场具有较小的无功损耗,那么以当前的规定作为出发点,所明确的无功补偿容量则具有相对较大的裕度。倘若风电场装机容量相对较大,送出线路的长度也相对较长,风电场拥有快速上升的无功损耗,以现有的规程为依据,可以对无功补偿容量无功损耗要求予以满足,但是却具有较小的裕度。当风电场装机具有500MW以上的容量时,此时接入电网的距离能够达到60km以上。风电机总无功损耗通过计算得到结果为152Mvar,比风电装机容量的30%要高的多,换言之,若是按照当前的规程和规定,难以达到无功补偿的要求[22]

2.2影响风电场功耗的因素

风力发电机的主要作用是改善与优化当前的能源结构,其所产生的电力资源是一种新型绿色环保型能源。事实上,在未来的能源发展中,风力发电机和风力发电是一个重要的趋势,但是风力发电机组在实际运行的过程中,经常性的受到周围环境影响。环境对风力发电机组的功率所产生的影响是十分重要的,在对风力发电机组功率影响因素展开分析时,首先要明确功率曲线与发电量之间的关系。发电量功率曲线与功率曲线的应用,能够将风力发电机组的功率特性做出直观的反应,也是对风力发电机组转化功能是否达到规定标准的一种衡量。在验收风力发电设备时,考核的对象是功率曲线[23]
事实上对风力发电机组的运行效率进行评价时,也不能单纯的依靠图标之中的功率和风速数值来决定,而是要探讨与分析现场的实际情况,综合空气质量,风力环境,机器本身等各个因素分析风力发电机功率。功率曲线主要是将风力发电机功率曲线做出反馈,也是对风力发电机组转化风能进行评价的重要指标[24]。在风力发电机组设备实施验收时,最重要的考核标准是功率曲线。事实上,对功率曲线进行评价时,不能只关注功率只和风速,同样要立足于现场的实际环境展开分析。风力发电机组的运行功率受到机组控制要求以及叶片气动特性所决定,合理的优化能够保证实现叶片气动设计功能。但是在优化和使用过程之中,经常性的受到某些因素限制,从而导致不能将风力电动机组的性能彻底发挥出来。由于现实之中,风力发电机组的设计与应用存在很大差异,所以想要实现最大发电量,必须要合理采用一系列技术措施,一般情况下,失速型机组在进行调整时,必须要基于风频的缝补[25]
从风能转化的原理出发,风速是决定风力发电及功率的主要因素,除此之外,气流因素,气温因素以及其他因素也会对输出的功率产生影响。测量功率曲线时必须要在标准空气条件下,风速直接决定着桨叶的时速性能,所以当达到失速调节风速时,无论是否达到功率的条件,桨叶的时速性能都可以发挥合适的作用。风力发电机组功率受到输出功率影响,风力发电机组整体功率受到输出功率影响,此外,还受到发电机组的部分叶片影响[26]。若是风力机组的叶片受到污染,那么污染物将会对内部气流的流动性产生影响,并且过早的形成漩涡。在大多数情况下,叶片受到污染将会降低风力机输出功率,造成输出功率下降。叶片清洗相对而言十分困难,曾有国外文献介绍如何冲洗液片污染物的案例,通过风能公司的实验,在进行冲洗时使用高压的方法进行,并不能得到良好的效果,这主要是由于叶片表面附着的污染物具有很高的牢固性。在进行人工清洗时,具有较大的工作量投入,将清洁剂加入水中把污染物进行溶解,则可以获得良好的叶片清洗效果[27]
分析影响风力发电机实际运行功率的时候,可以通过使用风能关系表达式展开分析:
                         (2.4)
在公式2.4中,W所表示的含义为风能,其单位表示为kg·m·s,ρ所表示的含义为空气密度,其单位表示为kg/m,v所表示的含义为风速,其单位表示为m/s。在公式中,空气密度值和风速是保持一定的,这是自然条件,不能进行认为更改。此外,受力面积也因为受到风力发电机的影响而固定。所以说,风力发电机的角度受到叶片安装角度和干净程度影响。如何清理叶片,保证叶片整洁,对提升风力发电机的工作效率具有十分重要的影响。在运行叶片的过程之中会因为受到空中污染物的影响而形成一层薄薄的污染层,使得叶片表面变得更加粗糙,叶片表面也变得十分粗糙,影响风力发电机。当这种影响达到一定程度时,风力发电机的功率将不会发生变化。因为叶片始终处于高速运转的状态,倘若污染物厚度达到一定的数值,叶片的变化也将会停止,此时污染物在叶片上所形成的粗糙度已经成为固定数值,叶片表面污染将会对风力机的功率产生严重影响。但是由于实际数据总是存在问题,所以难以定量分析污染层。叶片污染层清除以后,将大幅度提升风力发电机组运行的功率数值,提升风力发电机组的运行效率。
通过上述分析可以得知,想要提升风力发电机组的运行效率,最好的方法是完成叶片清洗工作。但是在风场风区之中,叶片清洗工作容易受到天气的变化所影响,所以叶片清洗过程中需要耗费大量的物力资源和人力资源。叶片表面位置的污染层厚度也会对实际的清洗效果产生影响。通过调节叶片可以对失速功率调节。风力机发电机的叶片调节可以对失速功率调节风力机产生影响,主要是因为叶轮具有一定的转速,风速只会导致叶片上的气流分离现象增加,从而使其进入失速状态[28]
当叶片失速以后,在叶片后面的气流交汇形成分离区,然后形成大的旋涡,最后造成叶片阻力增加。调节叶片是一般从叶根到叶尖有一处扭角,沿着轴线进行分布,通过慢慢的减少叶片根部到叶片间的距离,逐渐达到失速状态,叶子根部剖面首先失速,伴随着风速增加而加深失速程度。从理论角度上讲,增加叶片安装的角度可以很大程度上提高风力发电机组输出的功率。但是叶轮气动负荷增加也会在很大程度上影响低风速气动性能,从而导致功率下降。以当前国内风场的实际实验可以得知,当安装叶片的角度增加时,可以造成风力输出功率上升,从而增加低风段功率。调节安装叶片的角度能够有效防止设计功率数值被突破。除此之外,以风速频率为基础计算发电量还可以得到最佳数值。通过风力机实际数值进行计算,存在实际运行功率曲线不超出标准功率曲线现象。将风力,机器输出功率提升,可以缓解标准功率曲线与实际运行功率曲线之间的偏差。对叶片运行状态实时调整,可以保证污染从达到一定厚度时,受到叶片气流的影响而不再增加[29]

2.3动态补偿与电容器支路配置

2.3.1动态补偿

动态补偿是区别于静态补偿而存在的,两者之间最大的不同是补偿时的速度。动态补偿具有相对比较快的速度,在国内标准要求下,动态补偿需要在两秒的时间内与负载变化同步,在国外标准要求下,动态补偿要在20ms的时间内与负载变化同步,换言之,需要在一个周波内与负载变化同步,这有这样,当负载需要无用功的时候,才可以在最短的时间内将其完成补偿,但是动态补偿的价格相对比较贵[30]。动态补偿时最近这些年发展兴起的一种具有先进性的补偿装置,之前所见到的补偿箱或者是补偿柜,其主要用途是作为接触器电容开关,这种安排的主要目的是凭借着接触器慢反应的特点,对电容放电时间展开综合考量,所以这种类型的补偿装置在应用中存在中的一个共同点,便是拥有较长的投切间隔时间,时间最快也不能超过5s。这样的速度就锯木机、行吊以及电焊机等机器设备而言,其补偿效果将会大打折扣。为了将这类问题进行解决,在电容开关制作的时候,可以选择使用可控硅,将补偿装置的反应速度大幅度提升,使其精准到毫秒级,也就是可以对负载变化情况进行动态性跟踪,这种产品的等级很高,在进行补偿的时候几乎达到同步水平,所以这种补偿速度较快的装置,便被称作为“动态补偿”。
当前我国在动态补偿方面所提出的要求相对而言比较低,在国家出台的《低压成套无功功率补偿装置》GB/T15576-2008中的相关条例中指出,在进行动态补偿的时候,补偿响应的时间必须要在1秒时间之内。在出台的《低压无功功率动态补偿装置》JB/T 10695-2007中的相关条例中指出,在进行动态补偿的时候,补偿相应的时间必须要在2秒时间之内[31]
所以,在当前的动态补偿之中,以当前所规定的标准而言,是能够在两秒时间之内,能够对电网功率因数变化情况作出相应反应和投切的补偿装置。早期阶段的动态装置补偿之中,由于在进行工作的时候接触器没有发生出现不同的动作活动,更没有在释放或者吸合中形成巨大的声响,所以这种方式便被称作为静止补偿。传统的补偿装置在进行响应的时候,其时间较长,若是超过5秒的反应时间,那么便可以将其定义为静态补偿。动态补偿具有较快的反应速度,并且拥有良好的补偿效果,所以动态补偿十分适合应用于剧烈负载波动的场合之中[32]
此外,动态补偿在应用中还具有分补功能,若是负载出现不平衡现象,那么便可以快速完成相应的补偿。但是动态补偿也存在着一定的不足,首先是其价格相对较高,实际应用中具有较低的可靠性。其次,动态补偿本身具有很大的能耗,若是在稳定负载的场合中,优势丧失。静态补偿在应用中,其优势也较为明显,如拥有成熟的技术和低廉的价格,此外在工作中具有可靠的性能,在一般场合下具有良好的补偿效果,所以其应用效果相对比较明显[33]。但是不足也是相伴而生的,首先是具有较慢的反应速度,不能补偿大波动负载的设备。由于受到成本限制,在分析过程中缺少分补功能表。
特别要注意的是,补偿中使用复合开关补偿柜,这种方式并不可以将其归类为动态补偿,只能是静态补偿模式下的优化产品,或者可以将其归类于介于静态补偿和动态补偿之间的改良产品。复合开关与动态无功补偿并非是相同级别的概念,静止无功补偿时静态无功补偿和动态无功补偿的统称,其中,投切器件是以复合开关或者是接触器作为补偿装置,所以不能跟踪系统负荷状态,更不能在最短时间内将系统负荷状态进行投切,将其称作静态无功补偿。但是在进行补偿方式选择时使用晶闸管等电力电子器件完成投切,能够快速实现跟踪,同时系统将会在20ms的时间实现投切反应,保证系统运行与补偿的无功能动态相适应,将其称作为动态无功补偿[34]
直流电路中,电容器的能量存储关系表达式如下所示:
                 (2.5)
在公式2.5中,C所表示的含义为电容器的电容值,I所表示的含义为电容器中流经的电流值,U所表示的含义为电容器端部位置的电压值。
从公式3.5中可以得知,电容器端部位置的电压值平方与电容器中所存储的能量成正比关系,所以当端部位置的电压值发生变化的时候,电容器内部所储存的能量也将会随之发生变动。
在交流电电路之中,电容器内部所储存的能量得以释放,既有的电路系统中所接受的总充放电功率关系表达式如下所示:
               (2.6)
因为在交流电路中,电容器放电电流和充电电流保持一致,所以平均功率值等于0,只能够形成容性无功功率

3 风电场中的静止同步补偿器应用

3.1 并网型风电机组数学模型分析

风电场中的静止同步补偿器应用对提升风电场工作效率和发电质量有着最为直接的影响,科学化使用静止同步补偿装置可以强化风电场暂态电压稳定性。在本章节分析中,静止同步补偿器的作用于恒速异步风电机组风电场,以动态无功补偿装置实现风电场电压管理。图3.1所表示的是恒速异步发电机组结构,详细如下所示:
 
 
图3.1 恒速异步发电机组解结构图
Figure 3.1 Structure diagram of constant-speed asynchronous generator set
 

3.1.1风速模型

风电场发电所需要的主要能源资源是风能,但是风能作为自然界的元素,其方向与速度大小等,均不受到人为控制,具有动态变化性,所以在风电场风力发电时,难以预测风能大小与质量,也正是因为其随机性导致风能利用效率不高。电力系统仿真分析时,为了相对精准的将风能的间歇性和随机性表示出来,在国内和国外的风速研究中,多选择使用风力四分量模型,即随机风模型、渐变风模型、阵风模型和基本风模型。
当前在仿真分析风力发电系统的时候,要利用计算机设备实现风力发电全数字仿真,有机整合发电机设备和计算机设备得到物理和数字混合仿真系统。但是在进行风速分析时,无论是选择应用物理和数字混合仿真系统还是全数字仿真系统,风速总是通过利用数字计算机得到离散时间序列,并将其作为下游模型输入[35]。从时间尺度分析,风速平均值是变化缓慢的分量,甚至可以将其认为为不变的。若是在研究风速平均值时选取600s,通过长期观测风速,以平均值对风力资源情况进行观察与估计,研究风速的时候常用平均值反映风速。考虑在某个时间段内的风速序列,规定风速平均值为,风速序列的标准差可以用进行表示。此时,风速序列在分析时将服从所表示的含义为方差高斯分布,并且在计算湍流强度的时候,其关系表达式如下所示:
                          (3.1)
在公式3.1中,T1所表示的含义为湍流特性参数,湍流强度值在进行取值时,要综合考量地理条件和较低平均速度,一般为0.1到0.4。
风速是一种静态特性,多分布在平均值附近,为了对风力发电系统动态过程作出全面的研究,在时间轴上的风速序列变化情况研究尤为关键,在刻画风速时可选择使用功率谱密度。风速变化在功率谱密度中可以作为多种不同频率成分叠加结果,不同频率成分拥有不同的幅值,大多数情况下成分频率低则幅值高,分量频率高则幅值小。应用最为普遍的功率谱密度函数是连续谱密度函数,其关系表达式如下所示:
                     (3.2)
在公式3.2中,f所表示的含义为频率,L所表示的含义为湍流尺度。
为了能够用平稳随机序列的自回归滑动平均风速模型获得功率谱风速序列,要对模型的基本特性展开全面研究与分析。模型关系表达式如下所示:
               (3.3)
在公式3.3中,a(k)所表示的含义为零均值白噪声。x(k)所表示的含义为模型数据序列。所表示的含义为自回归系数。所表示的含义为滑动平均系数。n所表示的含义为自回归阶数。m所表示的含义为滑动平均阶数。
在公式3.3中,平稳随机序列的自回归滑动平均风速模型事实上类似于白噪声通过线性系统,若是录入的白噪声属于高斯分布,那么最终得到的模型数据序列要必须要服从高斯分布。转换公式3.3,得到输出序列功率谱密度:
                   (3.4)
公式3.4所表示的是有理分式。
平稳随机序列的自回归滑动平均风速模型的重要性质如下所示:
                   (3.5)
公式3.5中,,其中所表示的是与序列之间的自相关关系,定义在进行表示的时候,其关系表达式如下所示:
                   (3.6)
在公式3.6中,E所表示的含义为数学期望值,在数值上所标记的“*”意为复共轭。在分析之中,可以将公式3.5展开表示,详细如下所示:
    (3.7)
在公式3.7中,若是Rx的数值均能够获取,那么便可以通过计算得到自回归滑动平均风速模型的n个自回归系数。因为在公式3.6中所表示的序列自相关以及公式3.2中的功率谱密度,均在模型分析中将序列内部位置的个采样值相互关系作出表示,这两个公式在自回归滑动平均风速模型分析中也存在着十分明确的关系,是一对傅里叶变换,可以通过公式3.8表示:
                  (3.8)
在公式3.8中,Ts所表示的含义为离散序列采样周期,Sx(ejw)所表示的含义为序列功率谱密度函数。
综合公式3.2、公式3.7和公示3.8得到自回归滑动平均风速模型的n个自回归系数。计算时要按照关系式3.9展开:
                   (3.9)
在公式3.9中,所表示的含义为基于参数的m阶滑动平均序列。
                  (3.10)
就序列,可以通过使用自相关函数可将自相关函数表示出来,详细如下所示:
                  (3.11)
在公式3.11中,的取值为0,1,2,……,m,并且满足以下关系式:
             (3.12)
将公式3.11和公式3.12进行联立,得到m个滑动平均系数以及白噪声方差,所以在进行计算与分析的时候,若是得知某个时间范围内的风速平均值,湍流强度值,采样时间和湍流尺度,便可以利用上述公式得到下风速湍流分量:
        (3.13)
从而叠加湍流分量和平均风速获得风速序列:
                (3.14)

3.1.2传动机构模型

在研究风力发电机组的时候,传动机构是相对比较重要的研究内容。构建传动机构动态模型时,首先要分析风力发电系统基本情况,同时也需要有效控制风力发电系统。伴随着我国在风力发电技术领域的研究深度和广度加深,强化研究传动机构动态模型十分关键。
风力发电系统相对而言具有复杂性,在双馈风力发电系统中更是如此。在构建风力发电系统机械传动机构动态模型的时候,最先完成的便是不同设备相互之间的转动惯量分析。只有清楚的掌握风力发电系统本身的机械传统机构不同设备相互之前存在的惯量,才可以在进行模型构建的时候有针对性[36]。在各设备相互之间的惯量分析中,要从以下角度展开,折算高速轴转动惯量到发电机侧。
在风力发电系统当中,刚度系数值和自然振荡频率呈正相关关系,发电机惯量与自然振荡频率呈负相关关系。不同设备阻尼系数相互之间呈现出不同关系。高低速轴与风机轴两者之间的阻尼系数值呈现出正相关关系,当风机轴阻尼系数越高时,高低速轴阻尼系数值也将会增加。动态模型构建时,其重要目的是便于对不同设备吓你规划之间的关系展开系统性分析,进而显著提升系统运行时的稳定性,保障设备各项性能可以在应用中被激发出来。风力发电系统传动机构动态模型构建,是强化研究风电系统风压情况的重要措施和关键手段。动态模型构建的关键在于准确的将系统输出量和输入量两者之间的关系进行掌握,了解风电系统中的各个关键指标。在模型构建的过程中只有清楚的掌握这点,便可以实现模型构建。在模型构建的过程中,要从风电系统角度出发,有效分析自身情况设置出不同模型,这也是强化风力发电系统的关键[37]
齿轮箱、传动轴以及轮毂组合形成风力机组传动机构。在风电场中的传动机构基本属于刚性器件,一阶惯性环节所表示的含义为机构基本特性。传统机构在进行运动的时候,关系表达式如下所示:
                      (3.15)
在公式3.15中,所表示的含义为轮毂惯性时间,是一个常数数值。Tm所表示的含义为传动机构输出转矩。Tw所表示的含义为传动机构输入转矩。
将传功机构模型简化处理,可以将传动轴的惯量等效到发电机转子当中,最为理想的刚性齿轮组为齿轮箱。

3.1.3风力机模型

分析风力机模型,可以先将其定义在4m/s风速环境下,测量系统在进行采样时,其时间间隔控制在0.02s。相应的输出值在获取是要通过来两个叶片桨距角调节。分析时首先要将风速作为一个输入,将系统模型归纳总结得出,模型辨识框图如下所示:
 
 
图3.2风力机系统辨识框图
Figure 3.2 Block diagram of wind turbine system identification
 
在图3.2中,H1(s)为传递函数,其所表示的含义为桨距角对转速的传递关系。u所表示的含义为桨距角输入,H2(s)所表示的含义为风速对转速传递关系,w所表示的含义为风速输入。在关系式分析时,将产生干扰的噪音类似的等同于白噪声,其关系表达式如下所示:
                (3.16)
公式3.16所呈现的是一种单输出、两输入模型,利用系统辨识方法可以获取两个传递函数辨识结果。为了尽可能的在数据测量中存在的噪声克服,在系统辨识前要对测量的数据使用数字滤波器进行预处理。因为风力机上安装有传感器,当风力机系统在运行的时候转动速度提升,将会有振动形成,影响输出测量,所以要适当性的抑制测量数据中的高频成分。在干扰数据滤除时,可选择使用butterworth滤波器实现。辨识系统模型构建,主要是为控制活动提供有力支撑。正如前文所述,风力资源属于不可控因素,风力数值可以不必参与到调节中。设计控制器的时候,同样不能将其视作为输入。分解风力得到脉动风量和平均分量,脉动分量在分析过程中则需要重视其不确定性,平均分量因为拥有很慢的变化速度,所以在输入系统中有所作用[38]
风场范围内的风速变化,基本是保持在一个较宽的范围内,所以,设计与构建的系统模型需要以风速为依据,若是风速发生变化,那么系统模型要作出相应的变动。若在某个时间段,平均风速基本保持不变,那么此时脉动分量将会为系统运行增加额外输出。在一定范围内,需要保证风力机控制器具有稳定性,即风力控制器要拥有鲁棒性。设计鲁棒控制器的时候,需使用误差限和对象的名义模型。在模型构建的时候,由于需要进行部分简单化处理,将测量噪声、初始条件以及模型阶数等作出优化,所以构建完成的模型与实际情况相互之间存在着差距,这些差异集中在模型误差限上体现出来,误差限的大小情况需要有效保证鲁棒控制器存在的合理性。在风力机中,首先假设风速的变化情况影响到控制对象模型误差,设定在一定时间段内,风速平均值保持不变,分解风速为脉动分量和平均分量两个部分。脉动分量所产生的作用划归为不确定部分,平均分量部分所产生的作用划归为平均分量部分[39]。得到脉动分量部分和平均分量部分的模型以后,构建风力机名义模型,分析风力机不确定性。
分析完成风速脉动分量和风力机模型导致的模型不确定性以后,便开始设计控制器,风力机的实际模型如下所示:
                       (3.17)
在公式3.17中,P所表示的含义为名义模型,所表示的含义为偏差系数值。所表示的含义为传递函数,其具有稳定性和可变性,并且在运行中需要满足同样表示传递函数,具有稳定性,能够对不确定限的相对大小作出明确代表。
倘若控制器传递函数为C,,那么此时保证鲁棒性实现稳定的基本条件是。基于鲁棒稳定性,需要保证控制器对系统实现调节性能,此外还必须要有名义性能条件的约束条件,即表示传递函数,具有稳定性。
就实际系统而言,既需要在具有扰动性能的模型下实现其调节性能,还需要保证鲁棒拥有稳定性,基于这种要求,在设计控制器的时候,需要达到以下条件:
                     (3.18)
该模型具有一定的稳定性,但是却不是最小相位系统,当扰动达到一定程度时,将会获得不稳定输出。

3.1.4异步发电机组结构及数学模型

建设电力系统大功率风力发电场时,异步发电机组是最具有发展前景的装置。这种机组在应用的过程中具有较小的风速和电能输出,机电变换器线路中,同时使用差异化额定功率值和极对数的两台异步发电机,能够实现输出增加的目的。这种方法在应用中,应保持电网频率不变,因为风轮运行的工况将会发生转变而得到电机转速变化工况,从而导致电能输出增加,此外还在一定程度上实现了机组电制动和平稳启动的目的,另外在电网电压出现故障的时候,控制电路当中的伺服电动机设备将会获得电源[40]。轮毂的转动惯量比较大,风能可可以借助于轮毂达到发电机位置处做功,这一个环节可通过使用关系式3.19表示:
                    (3.19)
公式3.19中,表示的含义为齿轮箱侧转矩,所表示的含义为叶片侧转矩,表示的含义为轮毂惯性时间,该数值是常数值。
异步发电机在三相坐标系下所构建的模型是时变系数、非线性的微分方程组,这种方程组在进行求解的时候存在着很大难度,甚至难以取得结果,所以要以矢量控制原理的坐标变换方式作为出发点,将风力发电机轴系进行转换获得新的系统。
 
图3.3 坐标系统图
Figure 3.3 Diagram of the coordinate system
 
在图3.3所绘制的同步旋转坐标系中,可以以此为依据完成风力发电机数学模型构建。但是要注意的几个问题,首先是按照发电机惯例确定定子侧正方向,通过正值电流能够得到负值磁链。基于电动机惯例确定转子侧正方向,正值电流形成正值磁链。同步角速度关系表达式如下所示:
                          (3.20)
运动方程在构建的时候,需要将其作出变换,与图3.3坐标系相符合,电磁转矩与机电运动方程表示如下所示:
                     (3.22)

3.2静止同步补偿器控制策略

静止同步补偿器是用于动态无功补偿的一种设备,也是以电压源变换器原理为基础的一种电力电子开关元件,通过使用静止同步补偿器可以在最短时间内完成交流电网无功调节,具备调节平滑和快速反应的特点。在应用之中,其基本原理显而易见,是利用电抗器和电阻等将自换相桥式电路与电网并联,以输入系统有功功率和无功功率的指令相结合,将桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值走出不同程度的调整,或者直接对交流侧位置电流实施控制,便可以保证电路运行中吸收或者发散出系统运行所需要的无功电流,达到动态补偿的目的。
 
图3.4 静止同步补偿器电路结构图
Figure 3.4 Structure Chart of Static Synchronous Compensator Circuit
 
在静止同步补偿器电路结构图中,静止同步补偿器中的R表示电阻,L表示电感,C表示静止同步补偿器直流侧电容值。静止同步补偿器输出端的三相电流值均由表示。可完成静止同步补偿器KVL方程分析:
              (3.23)
受到静止同步补偿器直流侧能量守恒关系和交流侧能量守恒关系的影响,可以关系式3.24:
                (3.24)
为了在功率控制时更加具有效率,并且保证无功电流获得良好相应特性,应用d,q坐标转换,转换精致坐标系下的时变系数微分方程,得到同步旋转坐标系下的常系数微分方程组。直流侧电路方程在获取的时候,可以以交流侧功率平衡以及直流侧功率平衡为依据,与直流侧电路方程和直流侧电路方程县南关结合,获得静止同步补偿器数学模型:
             (3.25)
                (3.26)

3.3模型仿真分析

设计与分析电力系统的时候,模型仿真分析是最为常见的手段和尤为重要的方法,对电力系统的仿真设计分析,可以通过数学模型构建提升结果的准确性和可靠性,模型仿真分析的过程需要在计算机设备上完成。模型仿真分析中,常见的模型分析软件为Matlab,通过该软件所提供的Simulink软件包完成动态系统建模,仿真和分析,应用该数据包能够发挥其良好的仿真功能。在开展风电场电压稳定仿真试验时,Simulink软件包中所含有的PSB模块能够为构建模型提供绝大部分支持,所以在模型仿真分析中,选择使用Matlab软件中所提供的Simulink软件包,对相关模型应用的有效性和科学性展开系统分析。
选取静止同步补偿器参数的结果与静止同步补偿器的全部性能发挥有着最为直接的联系,所以在设计静止同步补偿器参数值的时候,要充分认识到其重要性。另外,在分析静止同步补偿器的时候,其参数值包含有三项,分别是直流侧电容参数值、逆变器输出电阻参数值以及逆变器输出电感参数值。模型仿真分析时,首先要对静止同步补偿器所具有的补偿容量大小值作出明确,在对补偿容量进行确定的时候,可供选择的方法相对较多,其中补偿容量确定时最为常见的方法便是将功率因数角度提升。假设在容量补偿之前,静止同步补偿器的功率因数值为,容量补偿之后,静止同步补偿器的功率因数值为,设风电场电力系统中最大负荷月份的平均有功功率值为,在对补偿容量大小值实施判断的时候,其关系表达式如下所示:
              (3.27)
              (3.28)
在公式3.27和公式3.28中,所表示的含义为风电场电力系统所需要补偿的容量大小值,单位为kvar,所表示的含义为最大负荷日时电力系统的有功功率平均值,单位为kW,所表示的含义为最大负荷日时电力系统的无功功率平均值,单位为kvar。
在分析中需要将补偿之前的功率因数值提升,使其超出补偿之后的功率因数值,那么此时容量在进行补偿的时候,必须要满足以下关系式的限制:

(3.29)
若是容量补偿时具有较高的功率因数值,那么此时功率因数值具有相对比较低的上升率,相比较于较低功率因数值的情况,将功率因数值作出提升以后,其所补偿的容量也会增加。大多数情况下补偿容量的大小情况,功率因数从0.69提升到1时与功率因数从0.72提升到0.9时相差无几,所以容量在进行补偿的时候,若是功率因数过高,其效果反而会降低。倘若是用户的最大负荷日时电力系统的有功功率平均值为100kW,容量补偿之前,静止同步补偿器的功率因数值为0.75,容量补偿之后,静止同步补偿器的功率因数值为0.95,以公式3.28进行计算,静止同步补偿器的无功补偿容量值基本在±70kvar。
逆变器电感L所包含的内容有变压器漏抗电感以及静止同步补偿器串联电抗器。电力系统受到电感的影响主要集中在稳定性角度,倘若是逆变器电感的取值越小,那么此时静止同步补偿器对电力系统所产生的阻尼作用就越强,但是逆变器取值也有所限定,坚决不能够太小,否则将会增加过流倍数值,导致补偿装置有电流出现。倘若是逆变器电感的取值太大,此时电力系统出现三相不对称问题时,静止同步补偿器交流侧所形成的负序电流值将会相对不高,此外电流具有比较平滑的波形,并且当变流器交流侧的电压谐波具有相同的大小值时,可以更进一步对电流当中的波纹产生抑制作用。
但是,当逆变器的电感值太大的时候,将同样的功率因数值提升,促使将需要逆变站输出的电压值较高,由此也意味着在进行电力系统管理和电压稳定性控制时,提供的直流电容电压值需要更高,由此也提升了对直流电容器耐压的要求,增加装置成本支出。在容性状态下,增加等效电感,同时会增加电压脉动分量和电容电压平均值。在感性状态下,增加等效电感,同时会降低电压脉动分量和电容电压平均值。所以,在选取电感值的时候,标准并没有统一性,标幺值若是基于静止同步补偿器容量,选取的数值要保持在0.1到0.2之间,一般选取0.15,此时逆变器电感的取值为1mH。
静止同步补偿器等效损耗通过使用表示,等效损耗包含变压器损耗以及静止同步补偿器各种损耗,电力电子开关器件和变压器铜损的电流平方与通态损耗之间呈正比关系,变压器绕组电压平方与变压器铁损之间呈正比关系,直流侧电压平方与缓冲电路损耗之间呈正比关系,所以用串联电阻等效损耗时,将会存在一定的误差,但是这种误差相对较小,所以在分析的时候可以做近似处理。选取逆变器输出电阻的时候,可以根据系统损耗不超过静止同步补偿器5%容量的指标选取,那么等效损耗取值为0.1Ω。
选取直流侧电容值C同样具有十分重要的意义。从理论角度而言,储能元件可以不必在静止同步补偿器逆变电路直流侧位置设计安装,但是考虑到谐波和基波均在逆变电路吸收的电流中,便要意识到在静止同步补偿器和电源之间存在着少量有功能量在流动。所以,需要使用储能元件维持直流侧位置的逆变器正常工作,但是容量要远远不超出静止同步补偿器为系统侧所提供的无功补偿容量,而这点便是静止同步补偿器比其他补偿装置有更加突出优势的地方。电容器还可以对电容电压的波动情况产生抑制,根据常规的思路,电容器若是拥有很大的容量,那么便会获得更好的补偿特性,但是在进行直流侧电容值选取的时候,同样会增加成本支出,显然不符合实际情况。为了从权衡综合性能的角度出发,选取的电容容量要合适,既不能过大,也不能过小。在对电容值和电压值展开分析的时候,其关系表达式如下所示:
                 (3.20)
在公式3.20中,所表示的含义为直流侧位置在额定状态下的稳态电压值,所表示的含义为电力系统电压值,X所表示的含义为线路电抗值,Q所表示的含义为额定无功功率。
交流电压在波动的时候,其系数值为±20%,以上述推到思路展开分析,得到电容电压值为600V。选取电容容量值的时候,要杜绝出现振荡现象,此外还必须要对电容器电压值运行过程中所出现的波动幅值等因素展开系统性分析和综合考量,同时要最大限度的降低电流在输出过程中的谐波含量,杜绝电容和电抗出现的谐振问题。在选择电容容量问题的时候,常见的方法有以下两种,第一种是确定直流侧位置电容的无功容量,关系表达式如下所示:
                      (3.21)
在公式3.21中,所表示的含义为电容无功容量值,C所表示的含义为电容值,所表示的含义为交流侧电压的基波角频率值,所表示的含义为静止同步补偿器在无功功率输出的时候,直流侧位置所具有的电容电压值。
无功容量的大小值在进行衡量的时候,需要通过使用公式3.22完成:
                       (3.22)
在公式3.22中,所表示的含义为静止同步补偿器额定无功功率。一般情况下需要以实际情况为依据完成确定,常用值大约为1.0,但是最大也不能超出4.0。选取直流侧位置电容值时,其关系表达式如下所示:
                   (3.23)
在公式3.23中,所表示的含义为逆变器额定工作电流值,K表示电力系统所准许的直流电压波动系数,其取值基本在0.01到0.1,所表示的含义为直流侧在额定状态下的稳态电压值。在本次模型仿真分析中,直流侧位置的电容电压值直接选取为600V,定义电流电压波动系数值为1.2,选取为1。直流侧位置的的电容容量值以静止同步补偿器为依据,选取为800μF。
仿真分析复杂模型的时候选择使用Matlab的Simulink软件包,该工具在分析的时候,可以封装组合多个子模块,使其形成一个独立性的功能模块,从而保证在各个参数修改的时候更加具有便利性,也能够在仿真分析中将模型图作出简化处理。本次选择使用封装子系统的方式完成仿真分析,封装静止同步补偿器主电路模型、电流跟踪控制模型、指令电流检测模型、直流侧位置电容电压控制模型等,形成具有独立性的子系统,构建完成的仿真模型总框架图如下所示:
 
 
图3.5 静止同步补偿器下的电场风压稳定仿真模型框图
Figure3.5 Block diagram of simulation model of electric field wind pressure stability under static synchronous compensator
 
在图3.5中,静止同步补偿器控制与跟踪电流的模型为Control模块,静止同步补偿器中检测指令电流的模型为Reactive Extration模块。其中SimPowerSystems自带三相交流电源模为模型电源,设置的电源参数值如下:
相位:90°+120°、90°-120°;
频率:50Hz;
三相电源电压峰值:220V×
 
图3.6 检测指令电流的模型图
Figure 3.6 Model diagram for detecting instruction current
 
通过图3.6可以发现,检测指令电流的模块其组成共计为三部分,第一部分为两相坐标转三相坐标模块,第二部分为低通滤波器,第三部分为三相坐标转两相坐标模块。输入量在这个三个模块中各有不同,分别是直流侧位置电压PI调节输出vdc-pi,三相负载电流信号current,三相电源电压信号voltage。经过butterworth低通滤波器以及三相坐标转两相坐标变换处理以后,电流信号和电压信号在旋转坐标系下,将会获得电流矢量和电压矢量值。直流侧位置的电压值在通过电压矢量和PI调节器叠加处理后,再通过使用投影变换,通过两相坐标转三相坐标以后,将会获得补偿指令电流。其中,选用二阶butterworth低通滤波器,控制其截止频率为12Hz,是提供单位正弦的模块单元,在检测无功电流的时候为其提供单位正弦值。是提供单位余弦的模块单元,在检测务工电流的时候为其提供单位余弦值。
通过前文的分析可以得知,静止同步补偿器以逆变器作为主电路,其中在电流侧位置的逆变器电感L的取值为0.001H,电阻值取值为0.1Ω,直流侧位置的电容值取值我800μF。在静止同步补偿器主电路仿真模型分析与设计中,电容所产生的主要作用是形成600V直流电压,设计与构建完成的静止同步补偿器主电路仿真模型如下所示:
 
 
图3.7 静止同步补偿器主电路仿真模型图
Figure 3.7 Simulation model diagram of main circuit of static synchronous compensator
 
控制与跟踪电流的时候,选择使用的方法为滞环比较控制法,通过这种方法在实施电流控制与跟踪时,其原理是借助于滞环比较器的瞬时值,由滞环比较控制所形成的IGBT桥上下桥臂对信号是否触发作出控制,封装组成三个单相电流滞环控制器而完成控制任务。检测所获得的无功电流指令信号以及静止同步补偿器三相交流侧输出电流共同形成输入信号,去滞环宽度值为0.8A。滞环比较控制构建完成的仿真模型如下所示:
 
 
图3.8 滞环比较控制仿模型图
Figure 3.8 Comparative control simulation model of hysteresis
 
三角波比较控制器构建完成的仿真模型如图3.9所示:


图3.9三角波比较控制器仿真模型图
Figure 3.9 Simulation Model of Triangular Wave Comparison Controller
 
通过图3.9的显示可发现,三角波比较控制的方法中,通过检测所获得的信号与静止同步补偿器三相交流侧输出电流组合形成输入信号,在信号传输中将会形成一个解代数环,利用三角波和PI调节器比较差值,最后将逆变桥控制触发信号借助于使用PWM发生器输出。
构建预测电流控制仿真模型时,逆变器直流侧位置的电容电压为udc,三相电源电压为usabc,无功指令电流为iabc*,输出电流为iabc,所有输出的信号获取PWM指令时,全部要以预测电流控制算法为依据,通过开通或断开逆变器主电路开关完成对逆变器指令电流的变化情况动态性跟踪。
 
 
图3.10 预测电流控制仿真模型图
Figure 3.10 Simulation Model of Predictive Current Control
 
直流侧位置的电压控制电路仿真如图3.11所示,因为直流侧位置的电压值的变化速度相对于补偿电流的变化速度而言,比较慢,所以在进行近调节的时候可以选择使用PI调节器实现。
 
 
图3.11 直流侧位置的电压控制电路仿真图
Figure 3.11 Simulation diagram of voltage control circuit at DC side position
 
电压在实施调节时,电压调节的位置包含有交流电压调节以及直流电压调节两种,交流电压调节环节是比较静止同步补偿器电压的参考值和幅值,PI控制对差值进行处理,将会得到无功电流参考值。调节直流电压时,通过比较电容器两端位置电压参考值和实际电压值,PI控制对差值进行处理,将会得到有功电流参考值。电流内环控制是,主要是比较调节电压时所获得的的参考电流值(Id_Refhe、Iq_Ref)和通过无功计算所获得的参数值(Id、Iq),经过PID调节差值以后,获得Vd和Vq。
 
 
图3.12 内环电流控制图
Figure 3.12 Inner loop current control chart
 
分析仿真结果时从三种工况下展开分析,以静止同步补偿器补偿效果作为对象,分别是感性负载、带容性负载、电源电压负载。静止同步补偿器主电路设计的参数值如表3.1所示:
 
表3.1 静止同步补偿器主电路参数值
Table 3.1  Parameter value of main circuit of static synchronous compensator
主电路设置项目 参数值
连接电抗值 0.2mH
直流侧电容值 220μF
低压值 0.4kV
高压值 10±5%kV
空载损耗值 1500W
空载电流 1.5%
配电变压器参数 10/0.4kV
阻抗电压 4%
联结组别 Y,yn0
 
 
在仿真分析过程中,为保证电压初始值恒定在1pu程度,需要将系统的频率维系在50HZ,设置系统电源可编程电压源的参数值为1.014pu。静止同步补偿器在风电场电压稳定中主要发挥的作用是完成系统所或缺的无功补偿,从而在降低电力线路损耗的同时增加功率因数。在保持设备容量恒定的情况下,将功率因数 提升可以降低无功功率的输送,增加有功功率输送。若是有功持续保持稳定,应为无功降低,配电变压器所输出的电流也相对较小,从而导致线路损耗降低且减少配电变压器的容量。基于本文的模型分析,设置系统电阻感性负载,感性无功功率值为60kvar,有功功率值为75kw,仿真结果如图3.13到图3.17所示所示:
 
 
图3.13静止同步补偿器功率波形与电压电流
Figure 3.13 Power waveform and voltage and current of stationary synchronous compensator
 
 
图3.14 电压电流补偿前后的波形图
Figure 3.14 Waveform diagram before and after voltage and current compensation
 
 
图3.15 调制系数波形、电容两端低电压波形、无功电流与参考电流波形图
Figure 3.15 Waveform of Modulation Coefficient, Low Voltage Waveform at Capacitor End, Var Current and Reference Current Waveform
 
 
图3.16 电压幅值波形图
Figure 3.16 Voltage amplitude waveform
 
 
图3.17 公共连接位置的无功功率和有功功率波形图
Figure3.17 Waveform diagram of reactive and active power
 
仿真结果达到预期目标。
若是无功过剩,同样会导致事故十分严重,静止同步补偿器可以在补偿的过程中将多余的无用功吸收,以有效杜绝系统中存在无功倒送现象。仿真分析前,将参数完成设置,变压器带阻容性负载设置为10/0.4kv,容性无功功率值为60kvar,有功功率值设置为75kw。仿真结果如图3.18到图3.22所示:
 
 
图3.18静止同步补偿器功率波形与电压电流
Figure 3.18 Power waveform and voltage and current of stationary synchronous compensator
 
 
图3.19 电压电流补偿前后的波形图
Figure 3.19 Waveform diagram before and after voltage and current compensation
 
 
图3.20 调制系数波形、电容两端低电压波形、无功电流与参考电流波形图
Figure 3.20 Waveform of Modulation Coefficient, Low Voltage Waveform at Capacitor End, Var Current and Reference Current Waveform
 
 
图3.21 电压幅值波形图
Figure 3.21 Voltage amplitude waveform
 
 
图3.22 公共连接位置的无功功率和有功功率波形图
Figure 3.22 Waveform diagram of reactive and active power
 
仿真结果达到预期目标。
母线波动情况的出现是受到用户投切负荷影响,若是没有及时作出纠正,将会在很大程度上对供电质量产生影响。静止同步补偿器在系统中还可以将公共连接点的电压值予以稳定。所示仿真分析中设置电压波动分析。对投切负荷模拟时可通过可编程电源设置,或者分析电压波动发生的原因,可编程电源压设置时,一般在0.2s时,相比较于初始值要超出5%左右,在0.3s时相比较于初始值要缩小5%,在0.4s时需要恢复到初始值。负载是75kw纯阻性负荷。仿真结果如图3.23到图3.27所示:
 
 
图3.23静止同步补偿器功率波形与电压电流
Figure 3.23 Power waveform and voltage and current of stationary synchronous compensator
 
 
图3.24 电压幅值波形图
Figure 3.24 Voltage Amplitude Waveform
 
 
图3.25 电压电流补偿前后的波形图
Figure 3.25 Waveform diagram before and after voltage and current compensation
 
 
图3.26 调制系数波形、电容两端低电压波形、无功电流与参考电流波形图
Figure 3.26 Waveform of Modulation Coefficient, Low Voltage Waveform at Capacitor End, Var Current and Reference Current Waveform
 
 
图3.27 公共连接位置的无功功率和有功功率波形图
Figure 3.27 Waveform diagram of reactive and active power
 
仿真结果达到预期目标。

4 结论

随着现代工业化发展程度加深,社会生产力和生产效率均获得大幅度提升。电力能源资源是保证社会稳定有序发展的物质基础,风力发电凭借其节能性和环保性,得到广泛青睐。静止同步补偿器补偿电流检测是决定静止同步补偿器补偿性能好坏的关键部分,静止同步补偿器作为电力系统中的动态无功补偿装置,以变流器技术为核心,准确及时地检测无功电流是实现无功补偿的一个重要环节。所以,补偿电流的检测方法引起了众多学者的重视。本文基于静止同步补偿器,研究控制风电场电压稳定的相关问题,得到以下结论。
第一,风电场中的无动损耗绝大多数来自于各级别的线路和变压器系统,另外,在风机自身运转中也会形成无功损耗。充足容量的集中无功补偿装置安装在风电场升压站内部十分关键。选择使用异步风机的风电场,无功补偿容量的配置一般需要基于30%的风机装机容量实现。风速、气流因素、气温因素是决定风力发电及功率的主要因素,会对输出的功率产生影响。
第二,构建风速模型、传动机构模型、风力机模型、异步发电机组结构及数学模型,对静止同步补偿器下的风电场电压稳定性问题展开系统性分析,提升研究的科学性,保障结果的准确度。分析静止同步补偿器的控制策略,为电压稳定控制提供借鉴。
第三,介绍常见的仿真分析软件,并且利用Matlab完成仿真模型搭建与分析,从三种工况系统性分析仿真结果。通过仿真结果显示,本文所提供的的控制措施具有一定的正确性和适用性,所以在后期的试验平台搭建与调试环节,均可以选择使用此方式完成

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致谢

在校的这三年时间里很感谢老师们对我的淳淳教诲,是你们教会了我们勤奋学习,诚实做人,踏实做事,以宽容之心面对生活。指引着我们沿着正确方向前进。在点滴汇聚中使我逐渐形成正确、成熟的人生观、价值观。特别要感谢我的指导老师,张洋老师给予我很大的帮助。
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衷心感谢我的导师。本文的研究工作是在老师的悉心指导下完成的,从论文的选题、研究计划的制定、技术路线的选择到系统的开发研制,各个方面都离不开教授热情耐心的帮助和教导。在大学阶段,老师们认真的工作态度,诚信宽厚的为人处世态度,都给我留下了难以磨灭的印象,也为我今后的工作树立了优秀的榜样。

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[高等教育]试论高等院校音乐课程的德育功能及其实现路径
一、高校音乐课程的德育方式 (一)特定音乐作品的歌词内容具有德育功能 每一首歌曲,既经过词作家、曲作家的精心创作,...[全文]
[高等教育]浅谈高等教育大数据的作用及其构建
一、高等教育大数据的含义 大数据(big data)或称海量信息资源,其概念来源于早期学科的信息爆炸。大数据是信息技术和计算...[全文]
[初等教育]对小学英语课堂有效教学的研究
小学英语是小学学习课程的重要组成部分,英语的学习有利于培养学生的语言接受能力与表达能力,能够让学生在不同的语言...[全文]
[学前教育]幼儿园管理视角下谈幼儿园教育小学化问题
一 幼儿园教育小学化的体现 幼儿园教育小学化是指幼儿教育机构将小学课程内容、教学观念、教学方式和方法等渗透于幼儿...[全文]
[临床医学]简析优质护理服务对抑郁症患者服药依从性和护
近年来,抑郁症患者呈上升趋势,引起广泛关注。为此,我院选取了70 例抑郁症患者实施不同的护理,以此观察抑郁症患者护...[全文]
[临床医学]骨外伤急诊患者心理护理的临床效果解析
骨外伤是指间接暴力或直接暴力等外伤所致的骨折,属于急诊科常见病之一。目前,手术是治疗骨外伤的主要方法。研究发现...[全文]
[药学]谈黄芪注射液对大鼠急性脊髓损伤的神经保护作
急性脊髓损伤( ASCI) 是一种由原发性损伤和随继出现的继发性损伤引起的脊髓神经功能障碍疾病,据统计中国脊髓损伤的发病...[全文]
[医学]揭示青蒿素强力疟原虫杀灭效果的机制
来自新加坡国立大学(National University of Singapore,NUS)的研究团队解开了青蒿素强力疟原虫杀灭效果背后的谜团。青蒿素被认为...[全文]
[互联网技术]浅析基于“互联网+”的高校教务管理系统的分析
1 需求分析 1.1 功能性需求分析 根据广东工商职业学院教务管理工作现状和诉求,本系统主要使用对象为:教务管理人员、教...[全文]
[互联网技术]探析计算机远程网络通讯技术
1 计算机远程网络通讯技术概述 计算机远程网络通讯技术主要是建立在计算机技术和通讯技术两种新型技术发展之上的,这两...[全文]
[计算机硬件]简析CP-ABE 与数字信封融合技术的云存储安全模型
1 云安全相关技术 1. 1 数据加密技术 针对数据存储及传输的安全问题,目前大多数云服务商还是采用传统的数据加密方式保护...[全文]

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