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近年来,随着化石能源的枯竭与环境的恶化,越来越多的国家开始重视可再生能源的发展。而在众多可再生能源中,风电技术相对成熟,且具有更高的成本效益和资源有效性,成为近年来世界上增长最快的二次能源之一。随着风力技术的不断发展,风电机组的单机容量日益增大,大型风电场内需要越来越多的输电线路用于传输风电,输电线路回数的增多不仅会增加风电的损耗,也会提升风电场的建造成本。
而超导电缆作为一种日趋成熟的新型输电载体,同等截面积下其电能输送能力是传统线路的3-5倍,直流传输损耗不及传统线路的十分之一,交流传输损耗也只有传统线路的二分之一,因此若将超导电缆应用于风力发电并网具有一定的潜在经济性。然而,若要分析超导电缆在风电并网领域的可行性不仅需考虑其经济性,还需考虑其安全性与可靠性。当电网或风电场发生短路故障,强大的故障电流可能会使超导电缆全线失超,从而对风电场与电网造成严重影响。因此,若要将超导电缆应用于风电发电并网,需详细分析超导电缆在应对风电场暂态工况时的暂态特性,以判定超导电缆用于大型风电场并网的可行性。
本论文首先介绍了风力发电的技术分类以及发展趋势,详细叙述了大型风电场的电气主接线结构,提出了将超导电缆应用于风力发电并网的方案,分析比较了永磁直驱风电系统多种拓扑结构优缺点,阐述了风电系统机侧、网侧以及卸荷电路的控制策略。
然后介绍了超导电缆、电阻型和饱和铁心型超导限流器的内部结构与工作原理,通过分析电阻型、饱和铁心型超导限流器的工作原理得出两者的性能对比,并针对所选的超导限流器及超导电缆物理、数学模型进行详细推导与说明。
最后利用PSCAD/EMTDC与MATLAB搭建仿真平台,详细分析了超导电缆在具备、不具备低电压穿越能力的永磁直驱风电场中应对不同位置、程度的暂态工况时的暂态特性,以及暂态工况过后超导电缆能否满足风电场要求即较快时间内恢复至满功率输电状态,进而判定超导电缆用于风力发电并网的可行性。研究结果表明,超导电缆应用于风力发电并网领域具有一定的优越性和可行性。
而超导电缆作为一种日趋成熟的新型输电载体,同等截面积下其电能输送能力是传统线路的3-5倍,直流传输损耗不及传统线路的十分之一,交流传输损耗也只有传统线路的二分之一,因此若将超导电缆应用于风力发电并网具有一定的潜在经济性。然而,若要分析超导电缆在风电并网领域的可行性不仅需考虑其经济性,还需考虑其安全性与可靠性。当电网或风电场发生短路故障,强大的故障电流可能会使超导电缆全线失超,从而对风电场与电网造成严重影响。因此,若要将超导电缆应用于风电发电并网,需详细分析超导电缆在应对风电场暂态工况时的暂态特性,以判定超导电缆用于大型风电场并网的可行性。
本论文首先介绍了风力发电的技术分类以及发展趋势,详细叙述了大型风电场的电气主接线结构,提出了将超导电缆应用于风力发电并网的方案,分析比较了永磁直驱风电系统多种拓扑结构优缺点,阐述了风电系统机侧、网侧以及卸荷电路的控制策略。
然后介绍了超导电缆、电阻型和饱和铁心型超导限流器的内部结构与工作原理,通过分析电阻型、饱和铁心型超导限流器的工作原理得出两者的性能对比,并针对所选的超导限流器及超导电缆物理、数学模型进行详细推导与说明。
最后利用PSCAD/EMTDC与MATLAB搭建仿真平台,详细分析了超导电缆在具备、不具备低电压穿越能力的永磁直驱风电场中应对不同位置、程度的暂态工况时的暂态特性,以及暂态工况过后超导电缆能否满足风电场要求即较快时间内恢复至满功率输电状态,进而判定超导电缆用于风力发电并网的可行性。研究结果表明,超导电缆应用于风力发电并网领域具有一定的优越性和可行性。