文献综述(或调研报告):
为开展对风电场的等值模型的分析,文献综述从以下几个方面展开。
1. 风机类型及其模型结构
1.1 双馈感应风机建模
双馈感应风机能与电网柔性连接,实现有功和 无功功率的控制,还可跟随风速变化捕获最大风能, 成本低[2],其模型由转子模型、网侧模型、传动系统模型、定子模型及直流连接电容器模型几部分组成[3]。文献[4]构建了具有变速恒频风电机组特性的小型风电场整体详细动态数学模型,包含风速模型、风力机及传动部分模型、双馈发电机模型、浆距角、变频器及电气控制模型。文献[5]提及的双馈风力发 电机小信号动态等值建模方法,涵盖 16 个状态变量。
1.2 直驱永磁同步风机建模
通过永磁体励磁,中间直流环节切断了发电机和电力系统的无功能量交换。同步发电机随风能变化,通过变速恒频优化控制系统输出功率,功率因数由网侧变流器改善,并在一定范围内调节输出电压。采用变速功率调节,风电机组在控制系统作用下,工作在恒功率因数模式[6]。直驱永磁同步发电机虽略去齿轮箱却需要功能更强大的电磁功率转换器和更昂贵的发电机。直驱永磁同步风机的通用化建模包括风速模型、风力机模型、传动模型、发电机模型以及变频器模型[7]。
2. 风电系统潮流计算
风电场的潮流计算主要用于风电场的静态等值模型。经过潮流计算可将风电机组并网后对电网的影响状况进行有效评估[8]。在对含有风电场的电力系统进行潮流计算时,需考虑风电机组运行方式和机组类型的差异,不能将风电场节点简单视为 PQ 或 PV节点。如在对由双馈异步风力发电机组成的风电场进行潮流计算时就要考虑风力发电机转速控制规律[9]。
常规的风电场静态等值有PQ、PV简化模型法和RX模型法两种。PQ简化模型法认为风电场及其单台风电机组的功率因数均相等[10],根据给定风速和功率因数,算出风电机组的有功及无功功率,将风电场等值为PQ节点,物理概念清晰,计算简便,但未计及风电场内部集电系统影响易导致等值精度不高,不适用大型风电场。为此,文献[23]指出了考虑风电场集电系统的变PQ迭代法,即保留集电线路 (主要指架空线路),当风电场计算所得有功与设定 值相等时将风电场视为PQ节点处理。传统风电场系统潮流计算首先建立常规PQ模型再假设功率因数恒定,文献[24]结合常规PQ模型构建风电场稳态分析模型,采用异步发电机等值电路计算滑差和无功功率的方法,在相同风速下有效减小总体无功功率和节点电压。定速风电机组和最优滑差风电机组均采用恒功率因数控制,风电场可等值为PQ节点。工作在恒电压控制模式的双馈感应风机和永磁直驱风机组成的风电场也可由具有一定无功限制的PV节点表示。
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