风力发电机晶闸管并网逆变器的研究毕业论文(编辑修改稿)

风力发电机晶闸管并网逆变器的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

83。 34 本章小结 35 5 谐波抑制与无功补偿 .......................................................................................................... 36 无功及谐波的危害 36 谐波的 危害 36 无功功率的影响 36 有源逆变器的无功及谐波分析 37 V 无功及谐波的分析 37 谐波抑制的方法 38 无功补偿的方法 38 无功补偿电容器和 LC 滤波器 39 系统的谐波补偿 40 本章小结 42 6 结论 ...................................................................................................................................... 43 致 谢 ........................................................................................................................................ 44 参 考 文 献 ............................................................................................................................ 45 附 录 ........................................................................................................................................ 47 风力发电机晶闸管并网逆变器的研究 1 1 绪论 论文直接针对新能源课题中的 MW 级变速恒频风力发电机组电控系统的研制这一研究项 目，主要研究用晶闸管作为电力电子变换元件实现风力发电系统的单机并网方案和风电场集中并网方案。 风力发电的应用现状及前景展望 风力发电的现状 ⑴ 风电成本逐年降低 尽管风电成本受很多因素的制约 ,但其发展趋势是逐渐降低的。 随着风电技术的改进 ,风电机组越来越便宜和高效。 增大风电机组的单机容量就减少了基础设施的费用 ,而且同样的装机容量需要更少数目的机组 ,这也节约了成本。 随着融资成本的降低和开发商的经验日益丰富 ,项目开发的成本也相应得到降低。 风电机组可靠性的改进也减少了 运行维护的平均成本。 ⑵ 海上风电悄然兴起 海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域 ,使得近海风电技术成为近来研究和应用的热点。 多兆瓦级风电机组在近海风电场的商业化运行是风能利用的新趋势。 到 2020 年末 ,围绕欧洲海岸线 ,海上风电总装机 600 MW ,集中在丹麦、瑞典、荷兰和英国。 风力发电的前景展望 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，其在地球上蕴量巨大。 全球的风能约为 109MW，其中可利用的风能为 2107MW，比地球上可开发利用的水能总 量还要大 10 倍。 风很早就被人们利用主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风能来发电。 风力发电机组技术的发展经历了从多种结构形式逐步向少数几种过渡的过程。 20世纪 80 年代初期，市场上有上风向式和下风向式；风轮主轴有水平的和垂直的；风轮叶片数有三个﹑两个﹑甚至一个的；叶片材料有木头的和玻璃钢的。 到现在只剩下以水平轴﹑上风向﹑三叶片的机组为主，其中又有定桨距和变桨距风轮，定转速和变转速发电机，有齿轮箱和无齿轮箱等几种。 2020 年全球风电产业在去年全球经济危机的冲击下逆势上涨 31％，新增装 机容量为 万兆瓦，将总装机容量推升至 万兆瓦。 全球风电装机总量预计在未来五年增加两倍至 44700 万千瓦，且可能在十年内扩大至近 100000 万千瓦。 2020 年，中国的涨幅引领全球风电产业，其新增装机容量超过 100％，从 2020 年风力发电机晶闸管并网逆变器的研究 2 的 万兆瓦上涨到 2020 年底的 万兆瓦，新增装机容量达到 万兆瓦。 同年，美国风电产业的涨势也强劲，其新增装机容量上涨 39％，约为 1 万兆瓦，总装机容量达到 万兆瓦。 欧洲新增装机容量上涨 万兆瓦，达到 万兆瓦。 其中，西班牙新增容量达到 2460MW，德国达到 1920MW。 以欧美等发达国家为代表，全球风电呈现出规模化的发展态势。 据预测，未来五年，全球风电仍将保持 20％以上的增长速度。 截止 2020 年底，全球风电装机容量已达到 亿。 最后，从政策上来了解各国对发展风力发电的态度。 为促进风力发电的发展，世界各国政府特别是欧美国家出台了许多优惠政策，主要包括有 :投资补贴、低利率贷款、规定新能源必须在电源中占有一定比例、从电费中征收附加基金用于发展风电、减排 C02奖励等。 欧洲的德国、丹麦、荷兰等采用政府财政扶持、直接补贴的措施发展本国的风力发电事业。 美 国通过金融支持，由联邦和州政府提供信贷资助来扶持风力发电事业。 印度通过鼓励外来投资和加强对外合作交流来发展风力发电事业。 日本采取的措施则是优先采购风电。 多种多样的优惠政策促进了各国风力发电的快速发展。 我国风电发展概况 我国现代风力发电机技术的开发利用起源于 20 世纪 70 年代初。 经过初期发展﹑单机分散研制﹑示范应用﹑重点攻关﹑实用推广﹑实用化和标准化几个阶段的发展，无论在科学研究﹑设计制造，还是试验﹑示范﹑应用推广等方面均有了长足的进步和很高的提高，并取得了明显的经济效益和社会效益。 截至 2020 年底， 全国累计生产离网型风力发电机组 18 万多台。 1986 年 4 月，中国第一个风电场在山东荣成并网发电， 3 台 55KW 机组是由航空部和山东省由丹麦引进的，同年 10 月作为国际科技合作项目，利用比利时政府赠送的 4台 200KW 机组建成平潭示范风电场。 从 1989 年起全国各地陆续利用外国政府赠送或优惠贷款引进机组建设风电场，装机容量逐年增加， 2020 年底全国共有 26 个风电场，装机容量达到 万千瓦。 1997 年当年装机超过 10 万千瓦，达到一个高峰。 2020 年以后中国风力机进入了快速发展时期。 2020 年中国成为第一大风电 装机市场，新增装机容量为 1375 万千瓦，增长率连续6 年超过 100％，成为增长速度最快的国家。 累积装机容量达到 2580 万千瓦，超过德国，位列全球第二。 2020 年我国的兆瓦级风力机占据了市场的主导。 2020 年新增装机的单机平均容量为 ，而 2020 年的数字变成了 ，并且去年兆瓦级风力机的市场份额占到了86％，其中 67％在 以上。 截至 2020 年底，我国风电并网总容量达 1613 万千瓦，同比增长 ％ .其中， 2020 年风电电量为 269 亿千瓦时，同比增长 ％，占总电风力发电机晶闸管并网逆变器的研究 3 量的 ％。 我国已建立起了两百多个风电场，风电场的迅速发展带动了风能产业的发展和风能技术的进步，我国已能自行研制兆瓦级风力发电机组，最大功率达到 ，并且开始规划海上风电项目。 我国风力发电行业发展前景广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。 在 “十二五 ”期间，我国风力发电新增装机速度仍将继续保持较快增长，风电场建设、并网发电、风电设备制造等领域已成为投资热点，市场前景很好。 预计到 2020 年，将在新疆﹑甘肃﹑内蒙古﹑河北﹑东北以及江苏沿海等地建立 6 个千万千瓦风电基地 ，在河北﹑内蒙古﹑辽宁等地建立若干百万千瓦风电基地。 大型并网风电场接入电力系统的现状及主要问题 并网型风力发电机组 并网型风力发电机组可分为恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统。 恒速恒频风力发电系统的基本结构是自然风吹动风力机 ,经齿轮箱升速后驱动异步发电机将风能转化为电能。 目前国内外普遍使用的是水平轴、上风向、定桨距 (或变桨距 ) 风力机 ,其有效风速范围为 3～ 30 m/ s ,额定风速一般设计为 8～ 15 m/ s ,风力机的额定转速大约为 20～ 30 r/ min。 变速恒频风力发电 系统的发展依赖于大容量电力电子技术的成熟 ,从结构和运行方面可分为直接驱动的同步发电机系统和双馈感应发电机系统。 在风力机直接驱动同步发电机构成的变速恒频发电系统中 ,风力机直接与发电机相连 ,不需要齿轮箱升速 ,发电机输出电压的频率随转速变化 ,通过交 直 交或交 交变频器与电网相联 ,在电网侧得到频率恒定的电压。 双馈感应风力发电机组的基本结构包括绕线式异步发电机、变频器和控制环节 ,其定子绕组直接接入电网 ,转子采用三相对称绕组 ,经背靠背的双向电压源变频器与电网相连 ,给发电机提供交流励磁 ,励磁频率即为发电机的转差频 率。 变速恒频风力发电机组实现了发电机转速与电网频率的解耦 ,降低了风力发电与电网之间的相互影响 ,但是它的缺点是结构复杂、成本高、技术难度大。 但随着电力电子技术的发展 ,变速恒频风力发电技术也将进一步成熟。 特别是双馈感应发电机 ,不仅改善了风电机组的运行性能 ,而且大大降低了变频器的容量 ,至今已逐渐发展成风力发电设备的主流。 恒速恒频风力发电系统具有结构简单、成本低、过载能力强以及运行可靠性高等优点 ,是过去几年主要的风力发电设备。 但是在恒速恒频风力发电系统中 ,一方面 ,风电机组直接与电网相耦合 ,风电的特性将直接对电网 产生影响 ,另一方面 ,其发电设备为异步发电机 ,它的运行需要无功电源的支持 ,加重了电网的无功负担 ,使系统的潮流分布更加复杂。 因此它的并网运行将给系统的规划、设计和运行带来许多不同于常规能源发电的新问题 ,随着风力发电规模的不断扩大 ,这些问题将愈加突出。 风力发电机晶闸管并网逆变器的研究 4 风电场与常规能源电厂主要区别 风电场运行与常规能源发电厂相比在很多方面具有共性 ,需要解决的只是风力发电产生的特殊问题。 风力发电与常规能源发电 (比如火电、水电和核电 ) 相比 ,主要区别如下 ： (1) 由于风力的随机性和间歇性 ,风电场的有功输出亦具有随机性 ,大小取决于风速的变比 ,而常规能源的有功输出和无功输出都可以准确预测。 (2) 过去广泛采用的风电机组属于异步发电机 ,虽然在机端出口处装设无功补偿电容器组 ,但在输出有功的同时 ,发电机仍然会吸收电网的无功功率 ,从而引起机端出口电压的波动 ,而常规能源机组都是同步发电机组。 (3) 相对于常规能源机组 ,风电机组的单机容量较小 ,大量风电机组并列运行是风电场的重要特点。 并网存在的主要问题 (1) 风力发电机并网过程对电网的冲击 异步发电机的并网条件是频率和电压要与电网一致。 异步发电机直接并网时 ,没有独立的 励磁装置 ,并网前发电机本身没有电压 ,因此并网时必然伴随一个过渡过程 ,流过 5～6 倍额定电流的冲击电流 ,一般经过几百毫秒后转入稳态。 冲击电流的大小与其本身暂态电抗和并网时的电压高低有关 ,其有效值还与并网时的滑差有关。 滑差越大则交流暂态衰减时间就越长 ,并网时冲击电流有效值也就越大。 风力发电机组与大电网并联时 ,合闸瞬间的冲击电流对发电机及电网系统安全运行不会有太大影响。 但对小容量的电网而言 ,风电场并网瞬间将会造成电网电压的大幅度下跌 ,从而影响接在同一电网上的其他电器设备的正常运行 ,甚至会影响到整个电网的稳定与安全。 目前可以通过装设软起动装置和风机非同期并网来削弱冲击电流 ,但同时给电网带来一定的谐波污染。 (2) 风电场运行对电能质量的影响 风速变化、湍流以及风力机尾流效应造成的紊流会引起风电功率的波动和风电机组的频繁启停。 风机的杆塔遮蔽效应使风电机组输出功率存在周期性的脉动。 功率的变化将会使电网频率在一定范围波动 ,影响电网中频率敏感负荷的正常工作。 风电功率的。