电网故障情况下风机特性和短路电流限制的研究

发布时间：2020-03-30 19:01

【摘要】：随着可再生能源的快速发展,分布式电源的并网容量日益增大。在电网发生短路故障时,并网的分布式电源运行状态以及对电网短路容量的影响需要进行研究。同时,由于电网规模日益增大结构日趋复杂,导致短路容量增加,短路电流限制也是亟待解决的问题。首先,本文基于不同类型风机的数学模型,研究了不同类型的风力发电机组并网时对系统短路容量影响。研究在并网点所在馈线的上下游发生短路的两种情况,计算恒速异步风机(Fixed Speed Induction Generator,FSIG)、双馈风力发电机(Double-Fed Wind Generator,DFIG)和直驱风力发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG)的短路电流数学表达式。另外计及了DFIG中Crowbar保护电路和PMSG中卸荷电路动作的可能,建立典型配电网模型,将不同类型风机在配电网中进行并网后短路条件下的仿真,得到不同类型风机的输出电流以及对系统短路容量影响。为风机并网点选择以及含分布式电源的配电网规划提供了参考。其次,研究双馈风力发电机在不同电压跌落深度时系统特性,提出了一种基于模糊控制切换的双电阻制动方法。基于DFIG的数学模型,从理论上分析了串联制动电阻(Series Dynamical Braking Resistor,SDBR)的作用,利用转子开路电压和定子、转子电压电流的变化规律以及制动电阻热容量确定串联电阻值范围。提出了双串联电阻的SDBR制动模式,并采用模糊控制方式来实现双电阻投切,以达到改善DFIG低电压穿越性能的目的。最后,对安徽电网中局部地区短路电流问题进行研究。计算不同限流方式下合肥电网短路电流水平,分析得出故障限流器(Fault Current Limiter,FCL)在安徽电网短路电流限制的优越性。基于此研究了一种基于脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制的故障限流器,利用PWM控制器的高频特性,抑制低次谐波。在分析其原理的基础上,针对2020年安徽合肥电网220 kV肥西母线短路电流过高的问题,根据FCL在电网中不同安装位置的限流效果,得出最佳安装方案。并按照该方案在肥西局部电网等值系统中进行了含FCL的仿真,验证该种故障限流器的限流作用。
【图文】：

输出信号,控制器,场景,电阻

（a）场景一输出信号（b）场景二输出信号图 3.10 SDBR 的控制器输出信号Fig 3.10 Output signal of SDBR controller图 3.10（a）所示，，在场景一下 3.2s-3.4s 时间段内，模糊控制器输出高电平 RD2投入，投入时刻检测到的网侧电压为 0.76pu，比传统 SDBR 的动作pu 大，所以模糊控制器下的电阻投入时间略超前于传统 SDBR 的投入时间4s 后，模糊控制器输出低电平，大电阻 RD1投入；这个过程中，随着故障化控制信号改变，没有出现控制信号连续跳变的情况，对于系统的稳定的作用。而传统 SDBR 的单电压判据控制器则只会按照一开始的跌落深RD1，故障消失后才切除，不能根据系统故障情况的变化来改变电阻投入状态 3.10（b）给出了场景二下模糊控制器的输出信号，与（a）类似，模糊以根据系统故障来控制 SDBR 投入不同大小的电阻。有功损耗比较两种场景下分别对传统单电阻和本文的双电阻 SDBR 进行仿真比较，得

仿真测试平台,实时仿真

合肥工业大学硕士学位论文步骤 7. 根据设计参数和控制器，建立了双制动电阻系统。实验室的实时仿真平台如图 3.13 所示，平台的主要组成部分包括主机计算、RT-LAB 实时仿真装置和数字存储示波器。RT-LAB 与 Matlab/Simulink 完全集成，支持大量 I/O 卡。首先，对在 MATLAB 中建立的模型进行编译，形成相应的 C 代码。第二步是将 SM 和 SS 子系统分配给相应的目标核心。第三步是将编译好的 C代码下载到分配的核心。最后进行了实时仿真。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM315

【参考文献】