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风能作为一种取之不尽、用之不竭、无污染且运行成本低廉的可再生能源,引起了众多国家的广泛关注。发展风电产业已经成为开发利用风能的主要方向,风电场接入电网后,在向电网提供清洁能源的同时,也会给电网的运行带来一些负面影响。风力发电会降低电网负荷预测的精度,从而影响电网的调度、运行方式、频率控制、电压调整、潮流分布、电能质量、故障水平和稳定性等。随着风电场装机容量以及在电网中所占比例的增加,这些负面影响就可能成为风电并网的制约因素。
由于风力发电固有的间歇性和波动性,导致电网的可靠性降低,电网的运行成本也可能增加。为了更直观准确的认识风电给电网带来的电能质量和可靠性等问题,本文对风电场电能质量进行了科学的分析与综合评估,内容主要包括以下几部分:
第一部分首先论述了电能质量的重要性和对风电场电能质量进行监测与评估的重要意义,并较为全面地论及了电能质量问题的现象、产生根源和现有的改善手段,以及风电场电能质量监测系统的发展历程。
第二部分设计并实现了一套完整的基于DSP+ARM的便携式风电场电能质量监测系统,可获取风电场运行的各种动态特性并对动态信息进行高速采样和处理。同时也阐述了TMS320F2812定点DSP芯片的算法原理,以及集成开发环境CCS的特征与功能。
第三部分是风电场电能质量软件分析及算法设计,为了提高分析算法的精度,在固定频率的高速采样情况下,采用了多种适用的算法以适应现场情况的要求。在电压波动和闪变检测方面,参考IEC国际标准提出的模拟闪变仪,设计了离散化的数字闪变仪并且得到了应用;对谐波分析采用了实序列快速傅立叶分析算法,并在DSP中得到了实现;同时,本文还引入了功率波动,作为风电场的附加电能质量指标来评价风电场功率输出状况。
第四部分主要对风电场电能质量进行综合评估。在分析和比较概率论、模糊数学这两种常见的电能质量评估方法的基础上,提出了一种新的电能质量综合评估方法——基于概率论与模糊数学相结合的电能质量的评估方法,先将概率论和数理统计法相结合对电能质量的各项指标分别进行评估,得到电能质量各项指标的归一量化评估结果,再采用模糊数学中的模糊综合评判方法将这些分项指标的评估结果归一量化,从而得到评估电能质量的客观、全面的唯一量化指标。