优秀电力硕士论文范文篇一
第一章绪论
1.1课题背景和意义
能源供应形式的多样化是降低一个国家能源风险、提高能源安全的重要战略之一。21世纪，由于工业化和城市化的驱动，世界能源需求将继续大幅度增长。为了满足日益增长的能源需求，需要开展大规模的能源基础设施建设以增加能源供应能力。但由于资源和环境条件的严重制约，世界能源供应形势面临严峻挑战。世界各国可持续发展能源战略通常有四种战略选择，即强化能源效率战略、强化洁净煤战略、强化核电战略和强化可再生能源战略。有的国家只要重点选择其中一两项战略，就可满足能源的可持续供应。我国由于国情决定，没有选此弃彼的余地，四大战略必须兼容并蓄〔2〕。风力发电是当今世界可再生能源开发利用中技术最成熟、最具开发规模和商业化发展前景的发电形式，由于其在减轻环境污染、调整能源结构、促进可持续发展等方面的突出作用，展现了良好的发展前景，是中国和世界重要的后续能源之一。风力发电是一种特殊的电力，具有许多不同于常规能源发电的特点。早期的风电场规模很小，风电机组大多采用小容量异步发电机组，风电场直接和配电网相连，满足地区供电需求，风电场给电网带来的影响主要是局部的谐波污染、电压波动及闪变等电能质量问题，不会给大电网的安全稳定运行产生明显影响。随着技术的进步、可再生能源激励政策的深入以及世界范围内环境保护的压力，风力发电正逐步走向规模化和产业化，风力发电在电网中的比例越来越大，大量大容量风电场直接接入高压输电网，风电并网已对电网的安全稳定、调度运行等诸多方面带来影响〔9〕，并成为制约其容量和规模的严重障碍。面对正在兴起的中国风电产业和未来世界风电产业的迅猛发展，迫切需要解决风电并网带来的一系列技术问题。因此，深入研究大规模风电场并网运行的关键技术问题，尤其是风电场并网后电力系统的安全稳定和运行控制，为风电发展的政策制定、风电场的规划设计和生产运行提供技术依据，具有重要的理论意义和实用价值。
1.2风力发电的发展状况和激励政策
1.2.1世界风力发电的发展状况和激励政策
近几年，世界风电装机容量保持了快速的增长，1995-2007年，平均年增长速度为30%左右。到2007年末，世界风电装机容量己达94GW，图1-1是截止2007年底世界风电装机容量排名前10名的国家和其风电装机容量。欧洲风能协会和绿色和平组织在《风力12-关于2020年风电达到世界电力总量12%的蓝图》中预测，2020年，全球的风力发电装机将达到1231GW，风力发电量将占全球发电总量的12%。20世纪80年代中期，风电机组主力机型的容量仅为55kw，到2004年，全球风电机组平均单机容量已达1.3MW。近几年，2-3MW的机型在风电发达国家已十分普遍，并继续向大型化方向发展。2004年，直驱式4.SMw的风电机组进入试运行阶段;2006年，SMW风电机组在海上试运行;同时，10一巧MW的风电机组已开始进行概念设计和工艺研究。技术的进步带来了成本的降低和风电价格的不断下降，风电发达国家的风电价格已降到5美分/(kw.h)，甚至更低。据专家估计，2020年以后，风力发电成本的平均竞争力可达到洁净煤发电厂的水平。欧美国家在风力发电领域处于世界领先地位，这些国家为可再生能源的发展提供了强有力的政策支持，并通过立法确立了可再生能源在能源结构中的重要地位。如欧盟的“白皮书法令”、德国的“可再生能源法”、英国的“非化石燃料公约”、丹麦的“电力公司供应法令”等，都将利用可再生能源发电的量化发展目标以及相应的激励政策写入其中，在法律的约束和保护下促进绿色电力的发展。德国的固定电价制度、英国的配额/招标系统、澳大利亚的配额制、美国的补贴加配额制、丹麦的由补贴政策转型为配额政策、荷兰的绿色电价制度等，在相当长的时间内，促进了可再生能源的发展和壮大。2005年2月，《京都议定书》正式生效，成为各国尤其是欧洲国家发展可再生能源新的动力之一。
1.2.2我国风力发电的发展状况和激励政策
我国风电发展起步较晚，但近年来发展速度极快，仅2007年就投产风电容量340OMW，比过去累计容量的总和还要多，并有在建风电容量4200MW。截止2007年底，我国累计风电装机容量已达6osoMw，排名世界第五。图1-2是1996年至2007年我国风电装机容量示意图。根据国家发改委《可再生能源中长期发展规划》中提出的目标，到2020年我国的风电装机将达到30GW，届时，风电装机将占全国发电总装机容量的约3%。“八五”期间，我国完成了55kw-600kw风力发电机组的研制和消化工作。“十五”期间，75OkW风电机组投入运行，国产化率达到90%以上。经过多年研究，目前我国基本掌握了大型风电机组的设计和制造技术，新疆金风科技股份有限公司自主开发研制的1.2MW直驱式永磁风力发电机组样机于2005年4月完成吊装投入试运行;沈阳工业大学风能研究所的“科技部863项目”研究成果-1.0MW变桨变速双馈风电机组于2005年7月投入试运行;另外，东方汽轮机厂引进的1.SMW变桨变速双馈技术、哈尔滨哈飞威达公司引进的IMW直驱技术以及其他风机制造商利用从国外引进的先进技术生产的样机正在野外运行考核，这些都标志着国产兆瓦级变桨变速技术取得了长足发展。目前，依托张北风电场气候条件的2.SMw级变速变桨风力发电机组正在研发之中，国产化率达80%以上，整机和关键零部件性能将达到同类产品国际先进水平。
第二章风力发电机组的工作原理及动态建模
为了分析风力发电对电力系统动态特性的影响，需要建立风力发电机组的动态数学模型。风力发电机组是一个包含多学科的复杂系统，桨叶的工作原理基于空气动力学，传动系统的工作原理涉及到机械理论，发电机实现机电能量转换，风电控制系统广泛涉及控制理论和电气原。因此，风力发电机组的动态建模是一项较为复杂的工作。目前，定桨距异步风力发电机组的建模工作己比较成熟，一些学者在此基础上进行了进一步的优化工作，如文献利用单扰动原理，对异步风力发电机组的详细模型进行了降阶处理，文献[86]借鉴同调等值法中传递函数的概念，提出了基于同步发电机传递函数概念的多台异步发电机等值的参数辨识方法。变速恒频双馈风力发电机组的建模是目前的热点，国外学者在这一领域进行了大量研究，并实现了模型在电力系统分析中的应用;近年来，我国学者开始进行双馈风力发电机组的建模研究工作，但模型的建立主要用于研究双馈风力发电机组自身的运行特性以及风力发电控制系统的动态特性，尚缺乏在大电网计算分析中的应用。本章在介绍风力发电机组的主要类型及特点的基础上，将目前国际上较为成熟的风速模型、定桨距异步风力发电机组模型、变速恒频双馈风力发电机组模型及风电场建模处理方法应用到我国电力系统计算分析系统(PSASP)中，并针对我国风电场运行现状做了适当改进，形成了含有风电场的电力系统计算分析系统，这是进行含有风电场的电力系统安全稳定研究工作的前提。
第三章 含风电场的电力系统大扰动................ 40-62
3.1 含风电场的电力系统大扰动稳定.............. 41-42
3.2 大扰动稳定的计算方法 ..............42-46
3.2.1 微分方程的梯形隐积分迭代法.............. 42-43
3.2.2 风电模型的求解方法.............. 43
3.2.3 网络方程的直接三角分解和迭..............43-44
3.2.4 微分方程和网络方程交替迭代.............. 44
3.2.5 含有风电场的大扰动稳定计算.............. 44-46
3.3 风电并网后内蒙古电网大扰动稳定分析.............. 46-61
3.4 本章小结.............. 61-62
第四章 风电并网对电力系统小扰动稳定.............. 62-76
4.1 状态空间及系统状态方程线性化.............. 62-64
4.2 振荡模式与特征表示.............. 64-66
4.2.1 振荡频率及阻尼比.............. 64-65
4.2.2 相关因子及机电回路相关比.............. 65-66
4.3 含风电场的电力系统小扰动稳定.............. 66-68
4.3.1 异步风力发电机组小扰动数学模型.......
