风电场集总模型的建立及算例分析毕业设计.doc

风电场集总模型的建立及算例分析毕业设计 目 录 摘 要 Abstract II 第1章 第1章 1.1 课题背景 1.1.1 能源问题及风力发电的兴起 人类开发和利用自然能源的历史源远流长，然而在很长一段时间里，由于科学技术和开发手段的限制，这种能源的利用局限于农业和简单的手工业范围内。随着科技的飞速发展，人们对能源的认识有了质的飞跃。工业的飞速发展以及电力系统的形成，使得人类对化石类燃料的需求达到了空前的境地，随之而来就是对地球环境的巨大的破坏。能源对于国家经济发展和提高人民生活水平极为重要,是国民经济的基础,是人类发展的动力。 进入21世纪以来，能源问题已经成为人类所面临的最严峻的问题之一，许多地缘冲突以及环境恶化问题都是源于人类对化石燃料的过分依赖所导致的。联合国所做的一项能源调查报告中指出最有利于人类的清洁能源主要有水能、太阳能、生物质能以及风能，其中最具经济效益与发展前景的便是太阳能与风能。风能凭借其清洁、可再生、分布广等众多优点而备受世界各国青睐， [1]。 1.1.2 国内外风力发电现状 现代风力发电技术的发展兴起于20世纪70年代，但是当时受到科学技术、人力资源等方面的限制，风力发电技术发展相对缓慢。自1996年以后，全球风电机组装机年均增长率保持在20%以上，成为世界上增长最快的清洁能源。在20年以前，全球只有三四个国家真正意识到开发风能的重要性，其政府制定了一些有关的政策和法规来支持风电的发展。到目前为止，开发风电的国家已经增加到25个，这些认识到新能源重要性的国家，在政策和法规上都出台了相应的规定3000亿元以上，而且就其市场发展潜力来说，是非常巨大的。据世界风能协会（GWEC）的统计,2010年全世界风力发电装机容量194.4GW，比 2009年增加了22.5%。按国家划分，风力发电装机容量中国（42287MW，占21.75%）、美国（40180MW，占20.67%），其后是德国（27214MW，占14.00%）、西班牙（20676MW，占10.64%）、印度（13065MW，占6.72%）等。数年之前一直是德国、西班牙、丹麦等欧洲国家拉动世界风电开发，然而近两年中国、美国突飞猛进，今后风力发电可望成为欧洲、亚洲、北美的主要电力来源。从中长期来看，随着发展中国家经济的发展，中东、南美、非洲也将进行风力发电开发[2]。 据国内资源报告表明，我国风能资源居世界前列，陆上可开发容量为2.53亿千瓦，海上更大，为6.0亿千瓦。我国风力发电的发展起步较晚,1986年在山东荣城建立了我国第一个并网风力发电场。近几年来，随着国家风电特许项目的设立和《可再生能源法》的正式实施，我国风电事业进入了一个高速发展的阶段。2010 年我国新增风电装机容量为 1893 万千瓦，仍保持全球新增装机容量排名第一的位置。与 2009 年末累计装机 2580.5 万千瓦相比，2010年装机容量增长率为73.3%。截止2010年底我国累计风电装机容量为4473万千瓦，首次超越美国跃居世界第一位。根据目前国内的增长趋势，中国工程院和国家发展改革委能源研究所的专家们预测：到2020年底，我国风电装机容量将达到2亿千瓦。 从1918年荷兰建成世界上第一个风电场至今，风电机组从最初的向蓄电池单独供电发展到现在的并网发电，呈现出单机容量大型化的发展趋势。现代风力发电系统由风能资源、风力发电机组、控制装置及监测显示装置等组成。风力发电机组是风电系统的关键设备，通常包括风轮机、发电机、变速器及相应控制装置，用来实现能量的转换。按转速变化情况区分有固定转速和变速风电机组，按照风电机组定子侧频率区分有恒频和变频风电机组，按采用的发电机区分有异步、同步、双馈和永磁风电机组等。迄今为止，多种发电机技术在风力发电中得到过应用，概括起来主要可以分为两大类：恒速恒频发电方式（Constant Speed Constant Frequency，CSCF）和变速恒频发电方式（Variable Speed Constant Frequency，VSCF）。 变速风电机组有多种结构形式，主要有： （1）鼠笼式变速风电机组，采用鼠笼式异步电机，其定子侧通过电力电子变流器连接到电网； （2）变速恒频风电机组，采用双馈绕线式感应发电机；其转子侧通过电力电子变流器连接到电网； （3）同步变速风电机组，采用同步发电机，其定子侧通过电力电子变换器连接到电网； （4）无刷双馈变速风电机组，采用无刷双馈发电机等[3]。 由于变速恒频双馈感应发电机的性能优越，技术相对成熟而普遍被认可。采用风力机对发电机的直接驱动方式(永磁同步发电机)和双馈感应发电机的无刷化将是未来风电机组两个值得注意的发展趋势。 随着越来越多的风电接入电网，有更多的电网公司开始关注风电接入后电网的安全与稳